사람을 셀 때 한 명 두 명 이렇게 세잖아요. 그런데 사람을 반으로 잘라서 반 명으로 만들수는 없지요. 전자를 셀 때도 한 개 두 개 이렇게 셉니다. 똑같은 이유입니다. 전자를 잘라서 반으로 나눌 수 없기 때문이에요. 그런데 전자에는 여러가지 성질이 있어요. 사람의 키, 몸무게를 잴 수 있는 것처럼 이 성질을 측정할 수 있어요. 가장 이해하기 쉬운 성질은 질량이죠. 그리고 또다른 성질이 전하량이에요.

사람의 몸무게가 50kg으로 일정하다고 생각해보면 두 사람은 100kg이죠. 그런데 아무리 조작해도 사람을 모아서는 몸무게를 75kg을 만들 수 없어요. 75kg을 만들자고 사람을 반으로 잘라서 죽이면 감옥에 가겠죠. 사람을 법 때문에 못 자르는 것처럼 전자도 자연의 법칙 때문에 못 자르는 겁니다. 전자가 가지고 있는 전하량이라는 성질도 애매하게 쪼갠 값은 나올 수가 없어요. 그래서 편의상 전자 하나의 전하량이 가장 작은 값이라서 그것을 기준으로 하고 전자 하나가 가지고 있는 전하량을 -1이라고 정했습니다. -1.5 같은 전하량은 존재할 수가 없지요.

그렇지만 사실 사람은 맘만 먹으면 자를수도 있고 살이 찌거나 빠지면 75kg은 물론이고 66kg도 될 수 있고 99kg도 될 수 있어요. 몸무게가 연속적이죠. 그렇지만 전자는 질량과 전하량이 정해져서 변하지 않아요. 우리가 평소에 알고 있는 물리학 법칙이 적용되는 세계는 물리량이 연속적인데 반해서 전자처럼 양이 정해져 있으면 물리학 법칙이 다르게 보일 수 밖에 없지요. 그래서 이렇게 양이 정해진 단위를 양자(量子, quantum)라고 부르고 이런 작은 수준의 물리학을 양자역학이라고 부릅니다.

원자는 전자와 원자핵으로 이뤄져 있어요. 질량을 가진 입자는 서로 끌어당기는 성질이 있는데 그것이 중력입니다. 먼 거리에서는 태양과 지구를 잡아둘 정도로 큰 힘이 되지만 작은 거리에서는 별로 의미가 없어요. 왜냐하면 전하량을 가진 입자끼리 서로 끌어당기거나 밀어내는 힘이 가까운 거리에서 압도적으로 강하기 때문입니다. 그 힘을 전자기력이라고 합니다. 자석이 서로 붙으려는 힘이나 머리카락이 책받침에 달라붙는 힘이에요. 전자와 원자핵은 이 힘으로 서로를 끌어당겨서 형태를 유지합니다. 전자에는 마이너스의 전하량이 있고 원자핵에는 딱 같은 만큼의 전하량이 있어서 안정적으로 원자는 0의 전하량을 유지하게 됩니다.

그러다가 어떤 이유로 원자의 전자가 떨어질 수가 있어요. 전자가 하나 떨어지면 그만큼의 전하량이 비겠지요? 아까 전자 하나의 전하량이 -1이라고 했으니까 남은 전하량은 +1이 됩니다. 전자가 하나 추가되면 -1이 될 것이고요. 원자의 성격에 따라서 전자가 붙고 떨어지려는 경향이 다른데요. 나트륨은 전자가 떨어지기 쉽고 염소는 붙기 쉬워요. 그래서 나트륨은 +1이 되려고 하고 염소는 -1이 되려고 합니다. 이렇게 전자가 붙고 떨어진 원자를 이온(ion)이라고 하고 서로 같은 크기의 반대 전하량을 가진 이온끼리는 이온 결합을 이루면 안정이 됩니다. 그래서 나트륨 양이온과 염소 음이온이 만나서 소금(NaCl)이 되는 것이죠.

전자를 잃어버리는 과정을 산화라고 하고 전자를 얻는 과정은 환원이라고 합니다. 철이 산화되면 빨갛게 변하죠. 철이 전자를 잃어버리고 산소와 함께 새로운 이온결합을 형성하기 때문입니다. 전자는 아주 다양하게 움직여요. 이온을 만들기도 하고 원자와 원자 사이에 놓여서 분자를 만들기도 합니다. 이렇게 전자가 이동하는 것을 화학 반응(chemical reaction)이라고 합니다. 금속 사이를 자유롭게 통과하기도 하는데 이것은 특수한 경우라서 전기라고 따로 부르고요.

어때요? 진짜 쉽죠?