13개 시험관의 비밀

원소들의 대부분은 금속이다. 그 중 대부분은 자연에 미량으로 존재하는데, 금속 원소 중에는 생체 내에서 중요한 역할을 하는 것들도 많이 있고 반대로 인체에 유해하기 때문에 환경 시료에서 분석을 해야하는 경우도 많다. 다행히 금속 원소들은 특이한 불꽃반응을 나타내고, 이러한 원리를 이용한 원자분광학(atomic absorption or emission spectroscopy) 방법으로 분석을 할 수 있다. 한편 금속 원소들은 양이온을 만드는데 어떤 양이온은 특정한 음이온과 만나면 용해도적(solubility product)이 작은 염을 만들어 침전하기 때문에 정성분석이 가능하고, 어떤 양이온은 짙은 색을 나타내는 착이온을 만들기 때문에 정성분석이 가능하기도 하다. 어떤 방법을 쓰건 간에 미지시료에 들어있는 원소의 종류를 알아내는 것은 그 원자의 깊숙이 숨어있는 원자핵을 들여다보고, 그 원자핵에 들어있는 양성자의 수를 세는 것이 된다. 이 실험에서는 19세기의 화학자들이 원자핵은 물론 양성자, 전자가 알려지기도 전에 간단한 화학반응을 통해서 어떻게 원소의 종류를 알아내었나를 실감해보기로 한다. 그렇게 하기 위해서는 아래의 양이온 계통분석 도표를 자세히 살펴보고 “원자 세계의 수사”를 위한 치밀한 계획을 세워야 할 것이다. 물론 이 표에서 말하는 족은 주기율표의 족과는 다르다.