주메뉴바로가기 본문바로가기

[스미스의 탐구생활] 반짝반짝 결정 만들기!

우리가 자주 쓰는 ‘연필심’과 빛나는 보석 ‘다이아몬드’는 사실 구성물질이 같아요. 둘 다 순수한 탄소로만 이루어져 있지요. 하지만 연필심을 이루는 흑연 속 탄소는 납작한 판을 이루며 층층이 쌓여 있고, 다이아몬드 속 탄소들은 정사면체를 이루며 입체적인 구조를 이루고 있어요.

 

이 때문에 흑연은 까맣고 물러 글씨를 쓰기에 알맞고, 다이아몬드는 반짝반짝 투명해 장식품으로 쓰이고 있지요. 
이처럼 원자나 이온들이 규칙적으로 배열된 고체 물질을 ‘결정’이라고 해요. 영어로는 ‘크리스탈(Crystal)’이라고 하지요. 우리가 요리에 활용하는 소금, 설탕을 비롯해 자연에서 만날 수 있는 화강암이나 현무암 등의 암석은 모두 결정으로 이루어져 있답니다. 


이렇게 결정으로 이루어진 물질들을 ‘결정성 물질’이라고 불러요. 배열이 규칙적이기 때문에 입자들 사이에 잡아당기는 힘도 균일하고 이를 끊는 데 필요한 에너지도 일정해 녹는점이 일정하다는 특징이 있지요. 


하지만 모든 고체가 결정으로 이루어져 있는 건 아니에요. 고체를 이루는 원자나 이온의 배열에 규칙이 없는 ‘비결정성 물질’도 있어요. 유리, 고무, 플라스틱 등의 합성물질이나 갈철석, 흑요석 등의 암석은 모두 비결정성 물질이랍니다.

 

 

 

어떻게 만들까?


과학자들은 순도가 높은 물질을 얻기 위해 결정을 만들기도 해요. 고체를 용액에 녹여서 다시 결정으로 만들면, 이전보다 불순물이 적고 순도가 높은 결정을 만들 수 있거든요. 


하지만 꼭 과학자만 결정을 만들어볼 수 있는 건 아니에요. 알파걸의 화학 실험실 시리즈 중 ‘크리스탈 보석 만들기’, ‘크리스탈 태양 수정 만들기’, ‘크리스탈 야광 반지 만들기’ 실험 키트로 과학자처럼 결정을 만들어 보세요. ‘알룸’이나 ‘명반’ 또는 ‘백반’으로 알려진 ‘황산알루미늄칼륨’ 결정을 만들 수 있답니다. 


우선 황산알루미늄칼륨 파우더를 뜨거운 물에 많이 녹여 과포화 용액을 만들어요. 그리고 천천히 그 용액을 식히면 물 속에 녹아 있던 황산알루미늄칼륨이 일정한 팔면체 구조를 이루며 반짝반짝 빛나는 결정을 만들기 시작해요. 이때 용액에 석고나 파이프 클리너와 같은 고체 물질을 넣으면 다른 결정들이 달라붙는 ‘모결정’ 역할을 해요. 시간이 지나면 모결정을 중심으로 결정이 점점 커져 큰 덩어리가 만들어진답니다. 


따라서 하트 모양으로 결정이 붙도록 만들고 싶다면 파이프 클리너를 하트 모양으로, 별 모양으로 만들고 싶다면 별 모양으로 구부려 보세요. 원하는 모양의 보석을 만들 수 있을 거예요.

 

글 : 신수빈 기자 어린이과학동아 sbshin@donga.com
만화 : 박순구

어린이과학동아 2018년 16호
어린이과학동아 2018년 16호 다른추천기사