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아, 그러니까... 챕터 17 시작해볼까요? 음... 기본 물질에 대한 이야기인데...
사람들이 흔히 말하잖아, 화학이 진짜 학문으로 인정받기 시작한 게 1661년이라고. 그때 옥스퍼드 대학교의 로버트 보일이 "회의적인 화학자"라는 논문을 발표했는데, 이게 화학자와 연금술사를 처음으로 구분한 글이었대. 근데 이게 뭐, 하루아침에 짠! 하고 바뀐 건 아니고... 좀 천천히, 그리고 불확실하게 진행됐지. 18세기에 들어서도 여전히 두 진영이 공존했다고 봐야 하나? 예를 들어서, 독일 사람 요한 베허는 광물학에 대한 엄청 진지하고 뛰어난 책, "지하 물리학"을 썼지만, 동시에 자기가 적절한 재료만 있으면 투명인간이 될 수 있다고 믿었다는 거 아니겠어. 참... 신기한 세상이지.
초창기 화학의 그런 기묘하고, 또 우연적인 성격을 가장 잘 보여주는 사건 중 하나가, 1675년에 독일 사람 헤니히 브란트가 발견한 건데... 이 사람이 뭘 믿었냐면, 사람 오줌에서 금을 추출할 수 있다고 생각했대. 아니, 왜 그런 생각을 했는지는 모르겠지만, 아마 오줌 색깔 때문이 아니었을까? 그래서 오줌 50통을 모아서 지하실에 몇 달 동안 놔뒀다는 거야. 그러고 나서 무슨 신비로운 과정을 거쳐서... 그걸 막 독성이 있는 걸쭉한 덩어리로 만들고, 그걸 또 반투명한 밀랍 같은 걸로 바꿨대. 당연히 금은 안 나왔지. 그런데 신기한 일이 벌어진 거야. 시간이 지나니까 그 밀랍 같은 게 빛을 내기 시작하더래. 게다가 공기 중에 노출되면 갑자기 저절로 불이 붙기도 하고.
그래서 그걸 "인"이라고 불렀는데, "빛을 낸다"는 뜻의 그리스어랑 라틴어에서 따온 말이래. 눈썰미 좋은 사업가들은 이걸 보고 "어, 이거 돈 되겠는데?" 싶었겠지. 근데 문제는... 생산하기가 너무 어렵고, 비용이 너무 많이 들어서 개발하기가 쉽지 않았다는 거야. 인 1온스, 그러니까 약 28그램 정도가 6기니나 했다는데... 그게 지금 돈으로 따지면 한 300파운드 정도 된대. 금보다 더 비쌌던 거지!
처음에는 군인들한테 오줌을 제공하라고 했는데, 그렇게 해서는 대량 생산이 안 되잖아. 그러다가 18세기 50년대에 스웨덴 화학자 칼 빌헬름 셸레라는 사람이, 더럽고 냄새나는 오줌 없이도 인을 대량 생산하는 방법을 발명했대. 이 방법 덕분에 스웨덴이 성냥 주요 생산국이 된 거야. 지금도 그렇고.
근데 이 셸레라는 사람이 진짜 특이하면서도 불운한 사람이었어. 신분이 낮은 약사였는데, 거의 뭐 제대로 된 장비도 없이 원소 8개를 발견했대. 염소, 플루오린, 망간, 바륨, 몰리브덴, 텅스텐, 질소, 산소... 헐... 근데 아무런 인정도 못 받았어. 발견해도 주목을 못 받거나, 아니면 다른 사람이 똑같은 걸 발견하고 발표한 다음에야 자기가 발표하고... 뭐 그런 식이었던 거지. 암모니아, 글리세린, 탄닌산 같은 유용한 화합물도 발견했고, 염소를 표백제로 쓸 수 있다는 걸 처음으로 알아본 사람도 셸레였대. 엄청난 업적인데... 다른 사람들이 그걸로 돈을 엄청 벌었다는 거 아니겠어. 쩝.
셸레는 또 희한한 버릇이 있었는데, 실험에 쓰는 건 뭐든지 맛을 봐야 직성이 풀렸대. 냄새도 고약하고 독성이 강한 물질들도... 예를 들어 수은, 시안화수소 (이것도 셸레가 발견한 거야), 메틸 시안화물... 이런 거. 메틸 시안화물은 엄청 유명한 독성 화합물인데, 나중에 에르빈 슈뢰딩거가 사고 실험에서 최고의 독으로 그걸 선택했을 정도래. 너무 막무가내로 실험을 하다가 결국 목숨을 잃은 거지. 1786년에 43살의 나이로 책상 앞에서 죽은 채로 발견됐는데, 주변에 온갖 독성 화학 물질이 널려 있었고... 그중 어떤 것 때문에 죽었는지는 정확히 몰라도, 얼굴에 엄청 놀란 표정을 짓고 있었다고 하네.
만약 세상이 공정하고, 사람들이 다 스웨덴어를 썼다면 셸레는 전 세계적인 명성을 얻었을 텐데... 에휴.
사실은... 칭찬은 더 유명한 화학자들, 특히 영어권 화학자들이 다 가져갔지. 셸레는 1772년에 산소를 발견했는데, 복잡하고 안타까운 이유 때문에 논문을 제때 발표하지 못했어. 그래서 산소 발견의 영광은 조지프 프리스틀리한테 돌아갔는데, 그 사람은 1774년 여름에 산소를 발견했대. 더 웃긴 건, 염소 발견의 영광도 셸레가 못 받았다는 거지. 거의 모든 교과서에서 염소 발견은 험프리 데이비가 한 걸로 나오는데... 물론 데이비도 염소를 발견했지만, 셸레보다 36년이나 늦게 발견했다는 거.
뉴턴하고 보일에서 시작해서 셸레, 프리스틀리, 헨리 캐번디시까지... 그 사이에 화학이 엄청나게 발전했지만, 아직 갈 길이 멀었지. 18세기 마지막 몇 년 동안, 그리고 프리스틀리 같은 사람은 좀 더 늦게까지... 과학자들은 존재하지 않는 것들을 찾고 있었어. 변질된 기체, 플로지스톤 없는 해양 산, 포로카우, 산화 칼슘 석회, 수륙기미... 특히 플로지스톤. 플로지스톤은 당시 연소의 원동력이라고 생각했던 거야. 그리고 그 모든 것들 사이에, 뭔가 신비로운 생명력, 무생물에 생명을 불어넣는 힘이 있다고 믿었지. 그게 어디에 있는지는 아무도 몰랐지만, 두 가지는 확실하다고 생각했어. 첫째, 전기로 그걸 활성화시킬 수 있다 (메리 셸리가 "프랑켄슈타인" 소설에서 그걸 잘 활용했지). 둘째, 어떤 물질에는 있고, 어떤 물질에는 없다는 거. 그래서 화학이 유기 화학 (그게 있다고 믿어지는 물질)하고 무기 화학 (그게 없다고 믿어지는 물질)으로 나뉜 거야.
그러다가, 화학을 현대화할 사람이 나타나야 했어. 프랑스에서 그런 사람이 나왔는데... 앙투안 로랑 드 라부아지에. 라부아지에는 1743년에 태어났고, 작은 귀족 가문 출신이었대. 아버지가 돈 주고 귀족 작위를 샀다나? 1768년에는 사람들이 엄청 싫어하는 기관에서 주식을 샀는데, 그게 "세금 징수 회사"라는 곳이었대. 정부를 대신해서 세금을 걷는 곳이었지. 라부아지에는 온화하고 공정한 사람이었다고 하지만, 그 회사는 전혀 그렇지 않았대. 가난한 사람들한테만 세금을 걷고, 부자들한테는 안 걷고... 막 횡포도 부리고 그랬다는 거지. 라부아지에는 그 회사가 자기가 하고 싶은 일, 과학 연구를 할 수 있는 돈을 엄청나게 많이 벌게 해줘서 좋았던 거야. 돈을 제일 많이 벌 때는 1년에 15만 리브르를 벌었다는데... 지금 돈으로 따지면 1200만 파운드 정도 된대. 어마어마하네.
돈 많이 버는 직업을 선택한 지 3년 후에, 자기 사장 딸하고 결혼했는데, 열네 살짜리였대. 헐... 근데 이게 또 머리도 좋고 마음도 잘 맞는 결혼이었대. 라부아지에 부인은 머리도 좋고 재능도 뛰어나서, 남편 연구에 엄청 도움이 됐다는 거야. 일도 바쁘고, 사교 생활도 많았는데, 거의 매일 다섯 시간 (새벽 두 시간, 저녁 세 시간)하고 일요일에는 하루 종일 과학 연구를 했대. 라부아지에는 화약 담당관도 하고, 밀수꾼 막으려고 파리 성벽 짓는 것도 감독하고, 미터법 만드는 것도 돕고, "화학 명명법"이라는 책도 같이 썼대. 그 책이 원소 이름 통일하는 데 엄청 중요한 역할을 했다는 거지.
영국 왕립 학회 주요 멤버라서, 그 당시 핫한 이슈가 뭔지 다 알아야 하고, 적극적으로 참여해야 했대. 최면술 연구, 교도소 개혁, 곤충 호흡, 파리 물 공급... 뭐 이런 거. 1870년에 어떤 촉망받는 젊은 과학자가 새로운 연소 이론에 대한 논문을 학회에 제출했는데, 라부아지에가 거기다가 좀 무시하는 말을 했대. 그 이론이 틀린 건 맞는데, 그 과학자는 그걸 평생 잊지 못했다는 거지.
그 사람 이름이 장 폴 마라.
근데 라부아지에가 딱 하나 못 한 게 있는데, 원소를 발견한 적이 없다는 거야. 웬만한 사람은 비커 들고, 불 쬐고, 신기한 가루 좀 만지작거리면 새로운 거 발견할 수 있을 것 같은 시대에... 특히 원소 3분의 2 정도가 아직 발견되지 않은 시대에... 라부아지에는 원소를 하나도 못 찾았대. 물론 장비가 없어서 그런 건 아니었어. 세상에서 제일 좋은 개인 실험실을 가지고 있었는데, 비커가 13,000개나 있었다는 거야.
오히려 남들이 발견한 걸 가지고 그 의미를 설명하는 데 능했던 거지. 플로지스톤하고 유해 기체 같은 거 버리고... 산소하고 수소가 뭔지 정확히 밝혀내고, 지금 쓰는 이름도 라부아지에가 지은 거야. 화학을 엄밀하게, 명확하게, 체계적으로 만드는 데 기여했다는 거지.
라부아지에는 상상력이 진짜 대단했는데, 그게 그냥 뚝 떨어진 건 아니었어. 오랫동안 라부아지에 부인이랑 같이 힘든 연구를 했는데, 엄청 정밀한 계산이 필요했대. 예를 들어 녹슨 물건은 가벼워지는 게 아니라 무거워진다는 걸 밝혀냈는데, 그게 엄청난 발견이었다는 거야. 녹이 스는 과정에서 공기 중에서 기본 입자를 끌어들인다는 걸 알아낸 거지. 물질은 변형될 뿐, 사라지지 않는다는 걸 처음으로 알아낸 거였어. 지금 이 책을 태워도, 물질은 재하고 연기로 변하지만, 우주 전체의 물질 양은 변하지 않는다는 거지. 그걸 나중에 "질량 보존의 법칙"이라고 불렀는데, 혁명적인 아이디어였대. 불행하게도, 프랑스 혁명하고 동시에 일어나는 바람에... 라부아지에는 완전히 잘못된 편에 섰다는 거지.
라부아지에는 세금 징수 회사 멤버이기도 했고, 파리 성벽 짓는 데도 엄청 열심이었는데... 반란 일으킨 시민들은 그 건물을 엄청 싫어해서 제일 먼저 공격했다는 거야. 1791년에, 국민 의회에서 중요한 사람이 된 마라가 그걸 이용해서 라부아지에를 비난하면서, 당장 교수형에 처해야 한다고 그랬대. 얼마 안 돼서 마라는 샤를로트 코르데라는 젊은 여자한테 살해당했지만... 라부아지에한테는 이미 너무 늦었지.
1793년에, 공포 정치가 극에 달했는데... 10월에는 마리 앙투아네트가 단두대에서 처형당하고, 11월에는 라부아지에가 아내랑 같이 스코틀랜드로 도망갈 계획을 세우다가 체포당했어. 다음 해 5월에, 세금 징수 회사 동료 31명하고 같이 혁명 재판에 끌려갔는데... 마라 흉상이 있는 심판실에서 재판을 받았대. 8명은 무죄로 풀려났지만, 라부아지에하고 다른 사람들은 바로 혁명 광장 (지금의 콩코르드 광장)으로 끌려가서, 프랑스에서 제일 바쁜 단두대에서 처형당했다는 거야. 라부아지에는 장인 머리가 떨어지는 걸 보고, 자기도 똑같은 운명을 맞이했지. 석 달도 안 돼서, 7월 27일에 로베스피에르도 똑같은 방식으로, 똑같은 장소에서 처형당했어. 공포 정치는 곧 끝났지만.
라부아지에가 죽은 지 100년 후에, 파리에 라부아지에 동상이 세워졌는데, 사람들이 많이 보러 왔대. 그러다가 누군가가 동상이 라부아지에하고 전혀 안 닮았다는 걸 알아챘다는 거야. 조사를 해보니까, 조각가가 수학자이자 철학자인 콩도르세 얼굴을 썼다는 거야. 콩도르세 얼굴은 미리 준비해 놨었나 봐. 아무도 눈치 못 챌 거라고 생각했거나, 눈치채도 신경 안 쓸 거라고 생각했겠지. 근데 두 번째 생각이 맞았던 거야. 라부아지에 겸 콩도르세 동상은 그 자리에 계속 있었는데, 2차 세계 대전이 일어나면서 녹여서 고철로 만들어 버렸대. 쩝.
19세기 초에 영국에서는 아산화질소, 그러니까 웃음 기체를 마시는 게 유행했대. 그걸 마시면 엄청 기분 좋고 흥분된다는 걸 알아낸 거지. 그래서 젊은 사람들이 즐겨 쓰는 마약 같은 게 됐는데... 애스크 협회라는 학술 단체는 다른 건 다 제쳐두고 "웃음 기체 파티"를 열었대. 자원자들이 나와서 웃음 기체를 들이마시고, 비틀거리면서 웃긴 모습을 보여주는 그런 파티였던 거지.
그러다가 1846년에, 아산화질소를 마취제로 쓸 수 있다는 걸 알아낸 사람이 나타났대. 당연한 건데, 왜 그걸 아무도 몰랐을까? 덕분에 수많은 사람들이 외과 의사 칼 아래서 불필요한 고통을 겪었을 텐데 말이야.
이걸 왜 얘기하냐면... 18세기에 엄청나게 발전한 화학이 19세기 초에는 방향을 좀 잃었다는 거야. 마치 20세기 초 지질학처럼. 부분적으로는 장비가 부족해서 그랬는데... 예를 들어 원심 분리기는 19세기 말에야 나왔으니까, 실험하는 데 제약이 많았겠지. 사회적인 이유도 있었어. 화학은 기본적으로 상인들의 과학, 석탄, 탄산칼륨, 염료 같은 거 다루는 사람들의 과학이었지. 신사들의 과학은 아니었던 거야. 신사들은 지질학, 자연사, 물리학에 관심이 많았지. 유럽 대륙은 좀 다르긴 했는데, 아주 조금 달랐을 뿐이고. 한 가지 예를 들자면, 19세기에 제일 중요한 발견 중 하나인 분자 운동의 성격을 밝혀낸 브라운 운동은 화학자가 아니라 스코틀랜드 식물학자 로버트 브라운이 한 거였어. 브라운은 1827년에 물에 떠 있는 꽃가루 입자가 시간이 아무리 지나도 계속 움직인다는 걸 알아챘는데, 왜 그렇게 움직이는지는 오랫동안 미스터리였지. 보이지 않는 분자 때문이라는 걸 나중에야 알게 된 거고. 만약 럼퍼드 백작이라는 뛰어난 사람이 없었다면 상황은 더 안 좋았을지도 몰라. 럼퍼드 백작은 귀족이었지만, 원래는 평범한 벤저민 톰슨이었는데, 1753년에 미국 매사추세츠 주 워번에서 태어났대. 톰슨은 잘생기고, 활기 넘치고, 야심만만하고, 용감하고, 똑똑했지만, 또 무모하기도 했대. 19살에 자기보다 14살 많은 부자 과부하고 결혼했는데... 미국 식민지에서 혁명이 일어났을 때, 어리석게도 왕당파 편에 서서 스파이 노릇을 했다는 거야. 1776년에 "자유 사업에 열심이지 않다"는 죄목으로 체포될 위험에 처하자, 급하게 아내하고 아이들을 버리고 도망쳤대.
처음에는 영국으로 도망갔다가, 나중에는 독일로 가서 바이에른 정부의 군사 고문으로 일했대. 바이에른 정부 사람들은 톰슨한테 감동해서 1791년에 "신성 로마 제국 럼퍼드 백작"이라는 칭호를 줬대. 뮌헨에 있는 동안에는 영국 정원이라는 유명한 공원을 설계하고 건설하기도 했대.
그 와중에도 순수 과학 연구를 엄청 많이 했대. 열역학 분야에서 세계적인 권위자가 됐고, 액체 대류하고 해류 순환 원리를 처음으로 설명한 사람이래. 드립 커피 메이커, 보온 내의, 럼퍼드 스토브라는 스토브도 발명했대. 1805년에 프랑스에 머무는 동안에는 앙투안 로랑 드 라부아지에 미망인한테 청혼해서 결혼했는데... 결혼 생활이 순탄치 않아서 금방 헤어졌대.
럼퍼드는 프랑스에 계속 머물다가 1814년에 죽었는데, 프랑스 사람들이 존경했지만... 전부인은 아니었던 것 같아.
여기서 럼퍼드 얘기를 왜 하냐면, 1799년에 런던에 잠깐 머무는 동안 왕립 과학 연구소를 만들었대. 18세기 말, 19세기 초에 영국에 학술 단체가 엄청 많이 생겼는데, 왕립 과학 연구소도 그중 하나였지. 한동안 왕립 과학 연구소가 화학 발전에 적극적으로 기여하는 유일한 기관이었는데, 그건 거의 험프리 데이비라는 젊은이 덕분이었대. 왕립 과학 연구소가 세워진 직후에 데이비가 화학 교수로 임명됐고, 엄청 유명해져서 훌륭한 강사이자 실험가로 이름을 날렸다는 거야.
교수가 된 지 얼마 안 돼서 데이비는 칼륨, 나트륨, 망간, 칼슘, 스트론튬, 알루미늄 같은 새로운 원소를 계속 발견했대. 그렇게 많은 원소를 발견한 건, 원소 배열을 잘 알아서라기보다는 전기 분해라는 기술을 발명해서 그랬대. 전기를 통과시켜서 물질을 녹인 다음에 분리하는 거지. 데이비는 총 12개의 원소를 발견했는데, 당시 알려진 원소의 5분의 1을 발견한 거였대. 데이비는 더 많은 업적을 남길 수도 있었지만, 안타깝게도 웃음 기체의 쾌락에 빠져 버렸다는 거야. 하루에 세네 번씩이나 마셨다는데... 결국 1829년에 웃음 기체 때문에 죽었다는 설이 있어.
다행히 다른 곳에서 진지하게 연구하는 사람들이 있었어. 1808년에 존 돌턴이라는 퀘이커 교도가 원자의 성질을 처음으로 발표했고... (이건 좀 있다가 자세히 얘기할게.) 1811년에는 로렌초 로마노 아마데오 카를로 아보가드로라는 이름이 엄청 긴 이탈리아 사람이 중요한 발견을 했는데, 같은 온도와 압력에서 같은 부피를 가진 기체는 같은 수의 원자를 가지고 있다는 거였어.
그걸 나중에 아보가드로 법칙이라고 불렀는데, 이 간단하고 재미있는 법칙은 두 가지 면에서 주목할 만해. 첫째, 원자 크기와 무게를 더 정확하게 측정할 수 있게 해줬다는 거야. 화학자들은 아보가드로 수를 이용해서 원자 지름이 0.00000008cm라는 걸 알아냈대. 진짜 작지? 둘째, 거의 50년 동안 아무도 이 사실을 몰랐다는 거야. 참고로 아보가드로 수는 아보가드로가 죽은 다음에 이름을 딴 건데, 2.016g의 수소 기체 (또는 같은 양의 다른 기체)에 들어 있는 분자 수를 나타내는 거고, 그 값은 6.0221367 x 10^23이래. 어마어마한 숫자지? 미국 땅 전체를 14km 두께로 덮을 수 있는 팝콘 양하고 비슷하대. 헐.
아보가드로는 혼자 연구하는 걸 좋아해서 회의에 참석하지 않았고... 또 회의 자체가 별로 없었다는 거야. 화학 잡지도 거의 없고. 이상하지? 산업 혁명의 동력이 화학 발전에서 나왔는데, 화학은 거의 체계적인 과학으로 독립하지 못했다는 거잖아.
1841년에 런던 화학 학회가 처음 생겼고, 1848년에야 정기적으로 잡지를 발행하기 시작했대. 그 무렵에는 지질 학회, 지리 학회, 동물 학회, 원예 학회, 린네 학회 같은 다른 학술 단체들은 최소 20년 이상 존재했대. 화학 연구소라는 경쟁 기관은 1877년에야 생겼고, 그건 미국 화학 학회가 세워진 지 1년 후였대. 화학계 조직이 너무 늦어서, 아보가드로의 1811년 발견에 대한 소식은 1860년에 카를스루에에서 열린 첫 번째 국제 화학 회의에서야 퍼지기 시작했다는 거야.
화학자들이 오랫동안 고립된 환경에서 일해서, 용어 통일 속도도 엄청 느렸대. 19세기 말까지도 어떤 화학자한테는 H2O가 물이었는데, 다른 화학자한테는 과산화수소였다는 거야. C2H2는 에틸렌일 수도 있고, 늪지 가스일 수도 있고... 전 세계적으로 통일된 분자 기호가 거의 없었다는 거지.
화학자들은 또 자기가 만든 혼란스러운 기호랑 약자를 썼대. 스웨덴의 옌스 야코브 베르셀리우스가 원소를 그리스어 또는 라틴어 이름으로 줄여서 표시하는 방법을 만들었는데, 엄청 필요한 거였지. 그래서 철은 Fe (라틴어 ferrum에서 따옴)로 쓰고, 은은 Ag (라틴어 argentum에서 따옴)로 쓰는 거야.
다른 약자들은 영어 이름하고 똑같지만 (질소는 N, 산소는 O, 수소는 H...), 그건 영어가 라틴어에서 왔기 때문이지, 영어가 특별해서 그런 건 아니래. 분자에 있는 원자 수를 표시하기 위해서 베르셀리우스는 H2O처럼 윗첨자를 썼는데, 나중에는 특별한 이유 없이 H2O처럼 아래 첨자를 쓰는 게 유행했대.
19세기 말까지 화학은 어느 정도 혼란스러운 상태였는데, 러시아 상트페테르부르크 대학교의 특이하고 꾀죄죄한 교수가 유명해지면서 다들 좋아했대. 그 교수가 바로 드미트리 이바노비치 멘델레예프였어.
멘델레예프는 1834년에 러시아 시베리아 서부 토볼스크에서 교육 수준이 높고 부유한 대가족에서 태어났대. 가족이 워낙 커서 멘델레예프가 몇 명인지 정확히 알 수가 없는데, 14명이라고 하는 데도 있고, 17명이라고 하는 데도 있고. 어쨌든 드미트리가 막내였다는 건 확실해. 멘델레예프 집안이 항상 잘 산 건 아니었대. 드미트리가 어렸을 때 아버지가 실명하면서 어머니가 일을 해야 했대. 멘델레예프 어머니는 대단한 여성이라서 유리 공장 매니저가 됐는데... 1848년에 화재로 공장이 다 타 버려서 가세가 기울었대. 멘델레예프 어머니는 아들을 교육시키겠다는 결심으로 드미트리를 데리고 6000km 넘게 여행해서 상트페테르부르크 교육 대학에 입학시켰대. 너무 힘들어서 얼마 안 돼서 돌아가셨지만.
멘델레예프는 열심히 공부해서 대학에서 교수가 됐는데, 화학자로서 뛰어나진 않았고, 실험실 재능보다는 헝클어진 머리하고 덥수룩한 수염으로 더 유명했대. 머리하고 수염은 1년에 한 번만 잘랐다는 거야. 헐.
그러다가 1869년에 35살이 되면서 원소 배열 방법을 연구하기 시작했는데... 당시에는 원자량 (아보가드로 법칙 사용)이나 일반적인 성질 (금속인지 기체인지)로 원소를 배열하는 게 일반적이었대. 멘델레예프는 그걸 표 하나에 합칠 수 있다는 걸 알아낸 거지.
사실 멘델레예프 방법은 3년 전에 존 뉴랜즈라는 영국 아마추어 화학자가 이미 제시했었대. 뉴랜즈는 원소를 원자량 순서대로 배열하면 8개마다 비슷한 성질이 반복되는 것 같다고 생각했대. 그래서 그걸 "옥타브 법칙"이라고 불렀는데, 피아노 건반 옥타브에 비유한 거지. 근데 그게 너무 시기상조라서 사람들은 그걸 엄청 비웃었대.
회의에서 뉴랜즈한테 원소로 연주를 해달라고 하는 사람도 있었대. 뉴랜즈는 낙담해서 연구를 포기하고 사라졌대.
멘델레예프는 뉴랜즈하고 똑같은 전제를 사용했지만, 약간 다른 방법을 썼어. 7개 원소마다 그룹을 나눈 거지. 그러자 갑자기 그 방법이 엄청나게 훌륭해 보였고, 시야가 탁 트인 기분이었다는 거야. 성질이 주기적으로 반복되니까 "주기율표"라고 부르게 된 거고.
멘델레예프는 북미에서 하는 카드 게임에서 영감을 얻었다고 하는데... 카드 게임은 가로로 무늬를 놓고, 세로로 점수를 놓잖아. 멘델레예프는 비슷한 개념을 이용해서 가로줄을 주기라고 부르고, 세로줄을 족이라고 불렀대. 위아래로 보면 한 그룹의 관계를 알 수 있고, 좌우로 보면 다른 그룹의 관계를 알 수 있고... 특히 세로줄은 비슷한 성질을 가진 원소를 같이 묶어 놨다는 거야. 그래서 구리는 은 위에 있고, 은은 금 위에 있는 거지. 다 금속이잖아. 헬륨, 네온, 아르곤은 같은 세로줄에 있는데, 다 기체고. (배열 순서는 전자가에 따라 결정되는데, 전자가를 알려면 야간 학교에 등록해야 할 거야. ㅋㅋㅋ) 동시에 원소는 원자핵에 있는 양성자 수 (원자 번호)가 적은 것부터 많은 순서대로 가로줄에 배열되어 있어.
원자 구조하고 양성자 의미는 다음 챕터에서 설명할 건데, 지금은 배열 원리만 알아두자. 수소는 양성자가 하나밖에 없어서 원자 번호가 1이고, 표에서 제일 앞에 있어. 우라늄은 양성자가 92개라서 거의 끝에 있고, 원자 번호가 92지. 필립 볼이 지적했듯이, 화학은 그냥 숫자 세는 문제인 거야. (참고로 원자 번호하고 원자량은 헷갈리지 마. 원자량은 원소의 양성자 수 더하기 중성자 수 합친 거야.)
사람들이 모르는 거나 이해하지 못하는 게 많았는데... 우주에서 제일 흔한 원소는 수소지만, 30년 동안 수소에 대해서 아는 게 별로 없었다는 거야. 헬륨은 두 번째로 많은 원소인데, 1년 전에 발견됐대. 그것도 지구에서 발견된 게 아니라 태양에서 발견됐다는 거야. 일식 때 분광기로 발견해서 그리스 태양신 헬리오스 이름을 딴 거지. 헬륨은 1895년에야 분리됐대. 어쨌든 멘델레예프 덕분에 화학이 자리를 잡을 수 있었다는 거지.
우리 대부분한테 주기율표는 아름답고 추상적인 거지만, 화학자들한테는 화학을 체계적으로, 명확하게 만들어주는 엄청난 도구였대. "의심할 여지 없이, 화학 원소 주기율표는 인류가 발명한 가장 아름답고 체계적인 도표다"라고 로버트 E. 크레브스가 "우리 지구상의 화학 원소: 역사와 응용"이라는 책에서 썼는데... 거의 모든 화학사 책에서 비슷한 평가를 하고 있대.
오늘날 알려진 원소는 120개 정도인데... 92개는 자연적으로 존재하고, 20개 이상은 실험실에서 만들어진 거래. 합성된 무거운 원소는 100만분의 1초밖에 존재하지 않아서, 실제로 측정했는지에 대해서는 의견이 분분하대. 멘델레예프 시대에는 알려진 원소가 63개밖에 없었지. 멘델레예프가 똑똑하다고 하는 이유 중 하나는, 당시 알려진 원소가 전부가 아니고 아직 발견되지 않은 원소가 많다는 걸 알고 있었다는 거야. 주기율표는 새로운 원소가 발견되면 어디에 들어가야 하는지 정확하게 예측했지.
원소 수가 최대 얼마나 될지는 아무도 모르지만, 원자량이 168이 넘는 건 "순전히 추측"이라고 한대. 하지만 확실한 건, 발견되는 모든 원소는 멘델레예프의 위대한 도표에 깔끔하게 넣을 수 있다는 거지.
19세기에 화학자들은 마지막으로 중요한 놀라운 일을 겪었는데... 1896년에 앙리 베크렐이 파리에서 우라늄 염을 감광판 위에 놓고 서랍에 넣어뒀다가 잊어버렸대. 시간이 좀 지나서 감광판을 꺼냈는데, 우라늄 염이 감광판에 노출된 것처럼 찍혀 있었다는 거야. 우라늄 염이 뭔가를 방출하고 있었던 거지.
중요한 발견인데, 베크렐은 이상하게도 대학원생한테 조사를 맡겼대. 운 좋게도 그 학생이 마리 퀴리라는 폴란드 이민자였는데... 퀴리는 남편 피에르하고 같이 일부 암석이 엄청난 에너지를 계속 방출하는데, 크기가 줄어들거나 눈에 띄는 변화가 없다는 걸 발견했대. 퀴리 부부는 그걸 몰랐지만... 다음 세기에 아인슈타인이 설명하기 전까지는 아무도 몰랐겠지만... 암석은 질량을 에너지로 엄청 효율적으로 바꾸고 있었던 거야. 마리 퀴리는 그걸 "방사능"이라고 불렀대. 퀴리 부부는 연구하면서 새로운 원소 두 개도 발견했는데... 폴로늄하고 라듐. 폴로늄은 마리 퀴리 고향 폴란드 이름을 딴 거지.
1903년에 퀴리 부부하고 베크렐은 노벨 물리학상을 받았고. (1911년에 마리 퀴리는 노벨 화학상도 받았는데, 화학상하고 물리학상을 둘 다 받은 유일한 사람이래.)
몬트리올 맥길 대학교에서 뉴질랜드 출신 젊은이 어니스트 러더퍼드가 새로운 방사성 물질에 관심을 갖기 시작했는데... 러더퍼드는 프레더릭 소디라는 동료하고 같이 아주 적은 양의 물질에 엄청난 에너지가 저장되어 있고, 지구 열 대부분이 그런 방사성 붕괴에서 나온다는 걸 발견했대. 방사성 원소가 다른 원소로 변한다는 것도 알아냈는데... 예를 들어 오늘 우라늄 원자가 있으면 내일은 납 원자가 되는 거지. 진짜 놀라운 일이지. 완전 연금술이잖아. 그런 일이 자연적으로 일어날 거라고는 아무도 생각 못 했지.
러더퍼드는 실용적인 사람이어서, 그걸 보고 바로 가치 있는 실용적인 가치를 떠올렸대. 러더퍼드는 어떤 방사성 물질이든 절반이 다른 원소로 붕괴하는 데 걸리는 시간이 항상 똑같다는 걸 알아챘는데... 그게 유명한 반감기지. 일정한 붕괴 속도를 시계로 사용할 수 있다는 거야. 어떤 물질에 방사능이 얼마나 있는지, 얼마나 빨리 붕괴하는지 계산하면 나이를 추정할 수 있는 거지. 그래서 섬유우라늄광석, 그러니까 우라늄 광석 나이를 측정해봤는데 7억 년이나 됐다는 거야. 헐... 대부분 사람들이 생각하는 지구 나이보다 훨씬 오래된 거지.
1904년 봄에 러더퍼드는 런던 왕립 과학 연구소에서 강연을 했는데... 거기서 자기가 새로 발견한 방사성 현상 붕괴 이론에 대해 이야기하고, 섬유우라늄광석을 꺼내 들었대. 러더퍼드는 켈빈 경이 뭔가 다른 열원이 발견되면 계산 결과가 뒤집힐 수 있다고 말했는데, 그게 바로 방사능이라는 걸 지적했지. 덕분에 지구 나이가 켈빈 경이 계산한 2400만 년보다 훨씬 오래됐을 수도 있다는 걸 알게 된 거야.
러더퍼드 이야기를 듣고 켈빈 경은 기뻐했지만, 실제로 아무런 반응도 보이지 않았대. 켈빈 경은 자기가 계산한 지구 나이가 과학에서 제일 중요하고 통찰력 있는 기여라고 생각했대. 열역학 업적보다 훨씬 더 중요하다고 생각했다는 거지. 헐...
대부분 과학 혁명이 그렇듯이, 러더퍼드 발견도 환영받지 못했는데... 존 졸리라는 사람은 죽을 때까지 지구 나이가 8900만 년을 넘지 않는다고 주장했대. 너무 오래됐다는 사람도 있었고. 하지만 붕괴 계산법이라고 불리는 방사성 연대 측정법을 이용해야 수십 년 후에야 지구 나이가 10억 년 정도라는 걸 확신할 수 있게 된 거지. 과학은 제대로 된 길로 가고 있었지만, 아직 갈 길이 멀었다는 거.
켈빈 경은 1907년에 죽었고, 드미트리 멘델레예프도 그 해에 죽었대. 켈빈 경처럼 멘델레예프 업적도 영원히 기억되겠지만, 말년은 평탄하지 않았던 것 같아. 나이가 들수록 멘델레예프는 점점 괴팍해지고, 방사능하고 전자의 존재를 인정하지 않으려고 했대. 1955년에 101번 원소 이름이 멘델레븀으로 지어졌는데... 폴 스트래선은 "불안정한 원소라서 아주 적절하다"고 평가했대.
방사능은 계속해서 우리가 상상도 못할 방식으로 발생하고 있는데... 20세기 초에 피에르 퀴리는 방사능 질환 증상을 보이기 시작했는데, 뼈가 쑤시고 몸이 불편하고... 점점 심해졌을 거야. 하지만 피에르가 1906년에 파리에서 마차에 치여서 죽는 바람에 정확히 알 수는 없게 됐지.
마리 퀴리는 남은 인생을 열심히 살았고, 1914년에 파리 대학교 우라늄 연구소를 세우는 데 기여했대. 노벨상을 두 번이나 받았지만, 과학 아카데미 회원으로 선출되지는 못했는데... 피에르가 죽은 다음에 유부남 물리학자하고 바람을 피워서 그랬다는 거야. 프랑스 사람들조차도 마리 퀴리가 너무 부도덕하다고 생각했던 거지. ㅋㅋㅋ 적어도 아카데미 늙은이들은 그렇게 생각했나 봐. 뭐, 그건 이 책하고는 상관없는 얘기일 수도 있겠다.
오랫동안 사람들은 방사능처럼 에너지가 큰 현상은 쓸모가 있을 거라고 생각했는데... 몇 년 동안 치약하고 변비약 회사들은 방사성 토륨을