수경재배 배양액 만들기 (2) 원자기호, 원자량, 원자가, 당량 뜻

1. 수경재배 배양액을 만들기 위해 공부해야 할 것 : 화학

유기농 토경재배는 화학비료를 전혀 사용하지 않지만 수경재배에는 화학비료가 필수입니다. 이 비료를 이용하여 양액을 조제하기 위해서는 화학적 지식이 필요합니다. 그렇게 어려운 수준은 아니고 중고등학교 지식 수준이면 충분합니다.

비료회사에서 생산한 완제품을 사용하는 경우에는 설명서에 있는 대로 적당한 양을 물에 희석해서 사용하면 됩니다. 하지만 완제품은 가격이 비싸기도 하고 특정 작물에 꼭 맞는 비료성분이 아니라 전체 작물 또는 엽채류와 과채료 정도로 구분되어 있기 때문에 작물에 따라서는 특정 영양소의 부족 현상이나 과다 현상이 생길 수 있습니다. 

이 때 문제를 해결하기 위해서는 특정 성분의 비료만 추가로 투입하거나 제한해야 하기 때문에 비료에 대한 기본적인 지식은 알고 있는 편이 좋을 것 같습니다. 저도 화학전공자는 아니기 때문에 복잡한 내용은 다 생략하고 쉽게 이해한 내용만 적었습니다.

먼저 알아야 할 것은 원자기호, 원자량, 원자가, 당량의 뜻입니다. 여기서는 비료를 구성하는 다량원소 9가지와 미량원소 7가지에 대해서만 알아보겠습니다. 

2. 기본 개념

(1) 원자기호(atomic symbol)

원자기호(原子記號)는 원자나 원소를 표시하는 기호입니다. 수소는 H, 탄소는 C, 질소는 N입니다. 

(2) 원자량(atomic weight)

원자량(原子量)은 원자의 평균 무게를 상대적으로 표시한 단위입니다. 원자는 너무 작아서 원자 1개의 무게를 측정하거나 그대로 사용하는 것은 힘들기 때문에 탄소의 원자량을 12로 정하고 다른 원자들의 원자량은 탄소에 대한 상대값으로 정했습니다. 이는 실제 무게가 아니기 때문에 원자량에는 단위가 없습니다.

(3) 원자가(valency)

원자가(原子價)는 하나의 원자가 다른 원자와 함께 화합물을 만들 때 참여하는 원소의 수를 말합니다. 

H₂O = 2H+ + O2- 입니다. 수소는 전자를 하나 잃어버리므로 H+로 표시하고 원자가는 1, 산소는 전자를 2개 받아들이므로 O2-로 표시하고 원자가는 2입니다.

(4) 당량(equivalent)

당량(當量)은 수소 1원자량이나 산소 8원자량과 직접 또는 간접으로 결합할 수 있는 다른 원소의 양입니다. 맞먹는다, 감당한다는 뜻의 한자 당(當)을 씁니다. 보통은 원자량을 원자가로 나눈 값을 말합니다. 

탄소의 원자량은 12인데 탄소의 원자가는 4이므로 12 ÷ 4 = 3이 탄소의 당량입니다.

3. 각 원소별 원자량, 원자가, 당량

(1) 다량원소

원자 번호	원자 기호	이름(한글) 이름(영어)	어원	원자량	이온	원자가	당량 (원자량/원자가)
1	H	수소 Hydrogen	그리스어 hydro(물) + gen(만들기)	1	H+	1	1
6	C	탄소 Carbon	라틴어 carbo(석탄)	12	C4+	4	3
7	N	질소 Nigrogen	그리스어 nitron(질산칼륨) + gen(만들기)	14	N3-	3	4.67
8	O	산소 Oxygen	그리스어 oxy(산) + gen(만들기)	16	O2-	2	8
11	Na	나트륨(소디움) Sodium	영어 soda(소다) + 라틴어 ~ium(접미사)	23	Na+	1	23
12	Mg	마그네슘 Magnesium	그리스 지명 Magnesia	24.3	Mg2+	2	12.15
15	P	인 Phosphorus	그리스어 phōsphóros(빛 전달자)	31	P5+	5	6.2
16	S	황 Sulfur	라틴어 sulphur(유황)	32.1	S6+	6	5.35
19	K	칼륨(포타슘) Kalium (Potassium)	신조어 영어 kali + ~ium(접미사)	39.1	K+	1	39.1
20	Ca	칼슘 Calcium	라틴어 calx(석회)	40.1	Ca2+	2	20.05

(2) 미량원소

원자 번호	원자 기호	이름(한글) 이름(영어)	어원	원자량	이온	원자가	당량 (원자량/원자가)
5	B	붕소 Boron	페르시아어 borax(붕사)	10.8	B3+	3	3.6
17	Cl	염소 Chlorine	고대 그리스어 chlōró(연한 녹색) + ~ine(접미사)	35.5	Cl-	1	35.5
25	Mn	망간 Manganese	그리스 지명 Magnesia	24.3	Mg2+	2	12.15
26	Fe	철 Iron	라틴어 ferrum(철)	55.9	Fe2+, Fe3+	2, 3	27.95, 18.63
29	Cu	구리 Copper	라틴어 cuprum(키프러스)	63.5	Cu2+	2	31.75
30	Zn	아연 Zinc	독일어 Zinke(쇠스랑)	65.4	Zn2+	2	32.7
42	Mo	몰리브덴 molybdenum	그리스어 molybdaena(납으로 된 물질)	95.9	Mo6+	6	16

4. 분자가(?)

화학비료는 단일 원자나 분자로 구성된 것이 아니라 여러 가지의 원자가 결합된 화합물입니다. 이 화합물을 구성하는 것을 기(基)라고 하는데 이 기는 하나의 단위로 움직이며 다른 화합물과 결합할 때 원자가 같은 값을 가집니다.

 

예를 들어 질산칼슘의 화학식은 Ca(NO₃)₂인데 Ca²⁺ + 2NO₃^-로 나뉩니다. 이때 NO₃^-(질산기)는 1가입니다.

 

비료에 사용되는 중요한 기와 가는 다음과 같습니다.

 

기	기호	가	기	기호	가
암모늄기	NH4+	1	질산기	NO3-	1
황산기	SO42-	2	아황산기	SO32-	2
과망간산기	MnO4-	1	인산기	PO43-	3

 

지금까지 나온 내용이 수경재배 배양액 계산에서 어떻게 활용되는가에 대해서는 다음 글에서 알아보겠습니다.

 

화학비료의 종류 : 질산칼륨 인산칼륨 황산칼륨 질산칼슘 황산마그네슘 인산암모늄 킬레이트철