왜 금속은 빛이 날까?

 왜 금속은 빛이 날까?

거울에서 보석에 이르기까지 금속은 인류 역사에서 소중한 보석처럼 다뤄지고 있습니다. 비싼 보석 뿐만 아니라 우리 주위에서 흔이 볼 수 있는 스테인레스나 심지어는 알루미늄 호일 등, 녹이 슬지 않은 금속이라면 모두가 기본적으로 반짝반짝 빛이 납니다. 그런데 빛이 난다는 사실은 모두가 잘 알고 있어도, 왜 빛이 나는 것일까에 대해서는 그 원리를 알지 못하는 사람이 대부분일 겁니다. 대체 금속에는 어떤 기본적인 성질이 있길래 반짝반짝 빛이 나는 걸까요?

금속이 반짝이는 이유는 알기 위해서는 먼저 금속원자에 대해 알아야 합니다. 금속원자는 최외곽전자(最外殼電子)로, 약한 힘으로 원자핵에 붙들려 있는 것에 지나지 않습니다. 수많은 금속원자가 모이고 모여서 한 덩어리가 되면, 그 최외곽전자는 비교적 자유롭게 움직이게 됩니다. 과학자들은 양전하된 이온의 주위를 마이너스 전하인 "전자 바다"가 감싸고 있는 것처럼 표현하곤 합니다. 그리고 이러한 "바다"의 움직임이야말로 금속을 금속답게 하는 요소입니다. 예를 들면 금속을 해머로 내리쳐도 깨지지 않고 형태를 변형시키는 정도에 그치는 것도, 전자가 다른 원자핵이 있던 장소를 채워넣는 것처럼 움직이기 때문이죠.

뿐만 아니라 이러한 자유전자는 전기가 쉽게 통하는 성질을 가지고 있습니다. 금속이 빛나는 것도 이것이 원인입니다. 사실 우리가 본다고 표현하는 것은, 결국 물체에 빛이 반사되어 우리 눈에 들어온다는 것을 의미합니다. 만약 빛의 파동이 전자 바다에 부딪히면 전자는 빛의 파동이 지닌 에너지를 흡수하여 약간 흔들리게 됩니다. 이 흔들림이 순간적으로 빛을 방출하게 되며, 표면으로부터 방출된 빛이 우리 눈에는 빛나는 것처럼 보이는 것이죠. 자유 전자를 지닌 금속은 특히나 이런 전자의 흔들림에 의해 빛이 발생하기 쉬운 성질을 가지고 있습니다.

 

다만 금속에 따라서는 그 빛나는 방법이 다른데, 그 이유는 전자 바다가 퍼져있는 밀도는 금속에 따라 다르기 때문입니다. 또 자유전자가 얼마만큼 움직이고 있는가도 다르며, 결론적으로 빛의 파동에 의해 발생하는 흔들림의 정도도 달라지게 됩니다. 대부분의 금속이 은색으로 번쩍이는 것은, 가시광 중 거의 대부분을 반사하기 때문입니다. 그러나 완전히 반사하는 것도 아니기 때문에, 완전히 새하얀 빛이라기보다는 다소 어두운듯한 느낌의 빛이 나는 것이죠. 

또 금이나 동 같은 금속은 청색 계열 빛을 반사시킬 수가 없기 때문에, 살짝 붉은 색이 섞인 듯한 황색을 띄고 있으며 은(銀)은 예전에는 거울로 쓰였던 역사가 있었을 만큼 가시광을 가장 잘 반사하는 금속이지만, 적외선에는 무력합니다. 반면 주석이나 알루미늄은 적외선을 반사하기 쉽기에 건설재료로 자주 사용되곤 합니다. 반면 납은 거의 대부분의 금속들이 통과시키는 X선을 반사하기 때문에 병원에서 X선이 닿아서는 안되는 부위를 가릴때 사용하기도 합니다. 미국 슈퍼 히어로의 대명사인 슈퍼맨이 온갖 물체는 투시할 수 있어도 납만큼은 투시할 수 없는 이유가 바로 여기에 있다고 하네요.

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