기초물질은 어떤 과학인가요?

진지하고 존경받는 과학으로서의 화학은 1661년에 시작되었다고 흔히들 말합니다. 당시 옥스포드의 로버트 보일은 화학자와 연금술사를 구별한 최초의 논문인 "회의적 화학자(The Skeptical Chemist)"를 출판했지만 변화는 느리고 종종 불확실했습니다. 18세기에 들어서면서 두 진영의 학자들은 자신들이 올바른 위치에 있다고 느꼈습니다. 예를 들어 독일인 요한 베허(Johann Becher)는 "Underground Physics"("Learn")라는 제목의 광물학에 대한 진지하고 특별한 작품을 썼지만 그는 또한 매우 자신감이 있습니다. 적절한 재료만 있으면 투명 인간으로 변할 수 있다는 것입니다.

초창기에 화학의 이상하고 종종 우연한 특성을 가장 잘 보여주는 것은 1675년 독일 헤네히 브랜드(Henneich Brand)가 발견한 것이었습니다. 브랜드는 인간의 소변에서 금이 어떻게든 증류될 수 있다고 확신했습니다. (비슷한 색깔이 그가 이런 결론을 내리는 요인이 된 것 같습니다.) 그는 50통의 인간 소변을 수집하여 몇 달 동안 지하실에 보관했습니다. 다양한 신비한 과정을 통해 그는 먼저 소변을 유독한 반죽으로 만든 다음 반죽을 반투명한 왁스로 바꿨습니다. 물론 그는 금을 얻지 못했지만 이상하고 흥미로운 일이 일어났습니다. 잠시 후, 그 물건이 빛나기 시작했습니다. 그리고 공기에 노출되면 불꽃이 터지는 경우가 많습니다.

곧 '빛나는'을 의미하는 그리스어와 라틴어에서 파생된 이름인 인(Phosphorus)으로 불렸습니다. 선구적인 산업가들은 이 물질의 잠재적인 상업적 가치를 보았지만 생산이 어렵고 비용이 너무 높으며 개발이 어렵습니다. 1온스(약 28.35그램)의 인은 무려 6기니(아마도 오늘날 300파운드에 해당)에 판매됩니다. 즉, 금보다 더 비쌉니다.

처음에는 군인들을 불러 원자재를 조달했지만, 이는 산업 규모의 생산을 달성하는 데 거의 도움이 되지 않았습니다. 1850년대에 칼 킨러(Carl Kinler)라는 스웨덴 화학자는 더럽고 냄새나는 소변을 사용하지 않고 다량의 인을 생산하는 방법을 개발했습니다. 스웨덴이 성냥의 주요 생산국이 되었고 지금도 여전히 그러할 수 있었던 것은 주로 인을 생산하는 이러한 방법을 터득했기 때문입니다.

킹러는 비범하면서도 극도로 불운한 사람이었습니다. 그는 거의 첨단 장비 없이 염소, 불소, 망간, 바륨, 몰리브덴, 텅스텐, 질소, 산소 등 8가지 원소를 발견했지만 아무런 공로를 인정받지 못한 약사였습니다. 매번 그의 발견은 눈에 띄지 않거나 다른 사람들이 독립적으로 동일한 발견을 한 후에야 출판되었습니다. 그는 또한 암모니아, 글리세린 및 탄닌산을 포함한 많은 유용한 화합물을 발견했으며 염소가 표백제로 사용될 수 있다고 믿었습니다. 이는 잠재적인 상업적 가치를 지닌 최초의 사람입니다. 이러한 주요 성과는 다른 사람들을 재정적으로 부자로 만들었습니다.

킹글러는 실험에 사용되는 모든 것에 호기심이 많고 수은, 청산과 같은 일부 불쾌하고 독성이 있는 물질을 포함하여 약간의 맛을 고집하는 분명한 결점이 있습니다(이것도 그의 발견 중 하나였습니다). 카르보니트릴. 카르보니트릴은 150년 후 Erwin Schrödinger가 유명한 사고 실험에서 최고의 독소로 선택한 유명한 독성 화합물입니다. Kingler의 무모한 작업 방식으로 인해 결국 목숨을 잃었습니다. 1786년, 43세의 나이에 그는 작업대 옆에서 독성 화학 물질로 둘러싸인 채 죽은 채 발견되었습니다. 그 중 어느 하나라도 그의 얼굴에 충격을 준 최종 표정을 지을 수 있었습니다.

세상이 공정했다면, 모두가 스웨덴어를 할 수 있었다면 킹러는 전 세계적으로 유명해졌을 것이다. 실제로 칭찬은 주로 영어권 국가의 유명한 화학자에게 가는 경향이 있습니다. 킹러는 1772년에 산소를 발견했지만 여러 가지 씁쓸하고 복잡한 이유로 제때에 논문을 출판하지 못했습니다. 궁극적으로 동일한 원소를 독립적으로 발견했지만 훨씬 나중에인 1774년 여름에 Joseph Priestley에게 공로가 돌아갔습니다. 더욱 놀랍게도 킹러는 염소 발견에 대한 공로를 전혀 인정받지 못했습니다. 거의 모든 교과서는 여전히 염소의 발견을 험프리 데이비(Humphrey Davy)의 탓으로 돌립니다. 그는 그것을 발견했지만 Kingler보다 36년 늦었습니다.

뉴턴과 보일, 킹러, 프리스틀리, 헨리 캐번디시 사이에는 한 세기가 있었습니다. 금세기 동안 화학은 많은 발전을 이루었지만 아직 갈 길이 멉니다.

18세기 마지막 몇 년까지(또는 Priestley의 경우에는 조금 이후) 과학자들은 변성 가스, 해산, 플록스, 칼슘 등 단순히 존재하지 않았던 것들을 찾고 있었으며 때로는 발견했다고 생각했습니다. 산화석회, 플로지스톤이 없는 수생 냄새, 특히 플로지스톤. 당시에는 플로지스톤이 연소의 원동력이라고 생각되었습니다. 그 모든 것의 중심에는 신비한 생명력, 즉 무생물에 생명을 주는 힘이 있다고 그들은 믿습니다. 이 찾기 힘든 것이 어디에 있는지는 아무도 모르지만 두 가지가 그럴듯합니다. 첫째, 전기로 활성화할 수 있습니다(Mary Shelley는 소설 프랑켄슈타인에서 이를 최대한 활용했습니다(이해를 이해하세요). 둘째, 특정 물질에는 존재하지만 그렇지는 않습니다). 다른 물질에서는. 이것이 바로 화학이 유기(그런 것을 가지고 있다고 생각되는 물질)와 무기(그런 것을 가지고 있지 않다고 생각되는 물질)의 두 가지 주요 부분으로 나뉘게 된 이유입니다.

지금, 화학을 현대로 발전시키기 위해서는 예리한 안목을 가진 사람이 필요하다. 프랑스에도 그런 사람이 있다. 그의 이름은 앙투안 로랑 라부아지에였습니다. 라부아지에는 1743년 소귀족 가문의 일원으로 태어났습니다(그의 아버지가 가문의 소유권을 지불했습니다). 1768년에 그는 매우 싫어하는 기관의 주식을 샀습니다. 해당 기관은 Tax Corporation이라고 하며 정부를 대신하여 세금과 수수료를 징수하는 일을 담당합니다. 모든 면에서 라부아지에 자신은 온건하고 공정했지만, 그가 일했던 회사는 둘 다 아니었습니다. 한편으로는 가난한 사람들에게만 세금을 부과하고 다른 한편으로는 자의적인 경향이 있습니다. 라부아지에에게 그 기관은 그의 주요 업무인 과학을 추구하는 데 많은 돈을 제공했기 때문에 매력적이었습니다. 전성기에 그는 연간 15만 리브르를 벌었는데, 이는 오늘날 약 1,200만 파운드에 해당하는 금액입니다.

이 수익성 있는 경력을 쌓은 지 3년 후, 그는 상사의 14세 딸과 결혼했습니다. 마음과 두뇌가 잘 맞는 결혼입니다. 라부아지에 부인은 영리한 두뇌와 뛰어난 재능을 갖고 있었고, 남편 옆에서 빠르게 많은 업적을 이뤘습니다. 스트레스가 많은 직업과 바쁜 사회 생활에도 불구하고 그들은 대부분의 날에 5시간(아침 2시간, 저녁 3시간)을 보내고 일요일 내내(그들은 이를 "행복한 날"이라고 함) 과학 작업에 사용합니다. 어쨌든 라부아지에는 화약 위원으로 일하고, 밀수꾼을 막기 위해 파리 성벽 건설을 감독하고, 미터법 확립을 도우며, "화학 명명법"이라는 매뉴얼을 공동 집필하는 시간도 가졌습니다. 이 책은 원소의 이름을 통일한 '바이블'이 됐다.

왕립과학원의 주요 회원으로서 그는 최면술 연구, 감옥 개혁, 곤충 호흡 등 현재 주목할만한 모든 문제를 인식하고 적극적으로 참여해야 합니다. 파리의 물 공급 등 1870년에 한 전도유망한 젊은 과학자가 새로운 연소 이론을 설명하는 논문을 과학 아카데미에 제출했습니다. 바로 그 자리에서 라부아지에는 몇 가지 비난적인 발언을 했습니다. 이론은 실제로 틀렸지만 과학자는 그를 결코 용서하지 않았습니다. 그의 이름은 장 폴 마라(Jean-Paul Marat)였습니다.

라부아지에가 결코 하지 않은 일이 딱 하나 있었는데, 그것은 바로 원소를 발견하는 것이었습니다. 비커와 불, 흥미로운 가루만 있으면 누구나 새로운 것을 발견할 수 있을 것 같은 시대, 그리고 더 중요하게는 원소의 약 3분의 2가 아직 발견되지 않은 시대에 라부아지에는 새로운 것을 발견하지 못했습니다. 요소. 그 이유는 확실히 비커가 부족해서가 아닙니다. 그는 세계 최고의 개인 실험실을 가지고 있는데, 그 안에는 거의 13,000개의 비커가 있습니다.

반대로 그는 다른 사람들의 발견을 이어받아 이러한 발견의 중요성을 설명했다. 그는 플로지스톤과 유해가스를 버렸습니다. 그는 산소와 수소가 무엇인지 결정하고 현재 이름을 부여했습니다. 간단히 말해서, 그는 화학의 엄격함, 명확성 및 조직화에 기여했습니다.

그의 상상력은 사실 가벼워요. 수년 동안 그와 라부아지에 부인은 가장 정교한 계산이 필요한 힘든 연구에 참여해 왔습니다. 예를 들어, 그들은 오랫동안 생각했던 것처럼 녹슨 물체가 더 가벼워지지 않고 오히려 더 무거워진다는 사실을 알아냈습니다. 이는 놀라운 발견입니다. 물체가 녹슬면서 어떻게든 공기 중의 기본 입자를 끌어당깁니다. 물질은 사라지지 않고 변형될 뿐이라는 것을 처음으로 깨달았습니다.

지금 이 책을 불태우면 그 물질은 재와 연기로 변할 것이지만, 우주에 있는 물질의 총량은 변하지 않을 것입니다. 나중에 이것은 혁명적인 사상인 물질 불멸이라 불리게 되었습니다. 불행하게도 그것은 또 다른 혁명인 프랑스 혁명과 동시에 일어났는데, 여기서 라부아지에는 완전히 잘못된 편에 섰습니다.

그는 국세청 소속이었을 뿐만 아니라, 반란을 일으킨 시민들이 가장 먼저 공격할 정도로 싫어했던 파리 성벽을 건설하는 데에도 열성적으로 일했다. 1791년 이미 국회에서 중요한 인물이었던 마라는 이를 이용하여 라부아지에가 오래 전에 교수형을 당했어야 했다고 믿고 비난했습니다. 얼마 지나지 않아 국세청은 문을 닫았습니다. 얼마 지나지 않아 마라는 목욕탕에서 샤를로트 코르데이라는 박해받는 젊은 여성에 의해 살해됐지만, 라부아지에에게는 너무 늦었다.

1793년, 이미 긴장된 '공포정치'는 새로운 정점에 도달했습니다. 10월에는 마리 앙투아네트가 단두대에서 처형당했습니다. 11월, 라부아지에와 그의 아내는 스코틀랜드로 도피하려는 계획을 지연시키던 중 체포되었습니다. 다음 해 5월, 그와 세무법인의 동료 31명은 혁명 법원(마라의 흉상이 있는 법정)으로 보내졌습니다. 그 중 8명은 무죄를 선고받았으나 라부아지에와 다른 몇몇은 프랑스에서 가장 붐비는 단두대가 있던 혁명 광장(현재 콩코르드 광장)으로 직접 이송되었습니다. 라부아지에는 시아버지의 머리가 땅에 떨어지는 것을 지켜보았고, 같은 운명을 받아들이기 위해 앞으로 나섰습니다. 3개월도 채 지나지 않은 7월 27일, 로베스피에르는 같은 방식으로 같은 장소로 서방으로 보내졌다. 공포의 통치는 곧 끝났다.

라부아지에가 죽은 지 100년 후, 라부아지에의 동상이 파리에 세워졌고 누군가가 그와 전혀 닮지 않았다고 지적할 때까지 많은 사람들의 존경을 받았습니다. 반대 심문에서 조각가는 아무도 눈치 채지 못하거나 심지어 신경 쓰지 않기를 바라면서 수학자이자 철학자 콩도르세의 이미지를 사용했다고 인정했습니다. 그는 후자의 생각에 있어서 옳았습니다. 라부아지에 콩도르세의 동상은 제2차 세계대전이 발발할 때까지 반세기 동안 그 자리에 남아 있도록 허용되었습니다. 어느 날 아침 누군가가 그것을 가져다가 녹여서 고철로 만들었습니다.

19세기 초 영국에서 아산화질소, 즉 웃음가스 흡입이 인기를 끌었습니다. 일부 사람들이 이 가스를 사용하면 '사람들에게 높은 수준의 즐거움과 자극을 준다'는 사실을 발견했기 때문입니다. 그 후 반세기 동안 젊은이들이 사용하는 고급 의약품이 되었습니다. 한때 다른 일을 그만두고 '웃음 가스 저녁'을 열었던 애스커 소사이어티(Asker Society)라는 학술 그룹이 있었는데, 여기서 자원 봉사자들은 길게 숨을 들이마시고 힘을 낸 다음 우스꽝스러운 자세로 뒤뚱거리며 청중을 즐겁게 했습니다.

1846년이 되어서야 누군가가 아산화질소를 마취제로 사용하는 실용적인 방법을 찾을 시간이 있었습니다. 과거에는 아무도 그런 생각을 하지 않았다. 결과적으로 하나님께서는 얼마나 많은 사람들이 외과의사의 칼 아래서 불필요하게 고통을 겪었는지 알고 계십니다.

18세기에 그렇게 발전했던 화학이 20세기 첫 10년 동안의 지질학과 마찬가지로 19세기 첫 10년 동안 어느 정도 방향을 잃었다는 것을 설명하기 위해 이것을 언급하는 상황이다. 동일합니다. 그 이유 중 일부는 장비의 한계와 관련이 있었습니다. 예를 들어 원심분리기는 1990년대 말까지 사용할 수 없었기 때문에 많은 종류의 실험 작업이 크게 제한되었습니다. 그리고 그것의 일부는 사회입니다. 일반적으로 화학은 사업가의 과학이고, 석탄, 칼륨, 염료를 다루는 사람들을 위한 과학이지 신사의 과학이 아닙니다. 신사들은 지질학, 자연사, 물리학에 관심이 있는 경향이 있었습니다. (영국과 비교하면 유럽 대륙에서는 상황이 약간 다르지만 아주 조금입니다.) 한 가지 사실이 말할 수 있습니다. 그 세기의 가장 중요한 관찰은 분자 운동의 본질을 결정하는 브라운 운동은 화학자가 아니라 스코틀랜드의 식물학자 로버트 브라운에 의해 이루어졌습니다. (브라운은 1827년에 물에 부유하는 꽃가루 입자가 얼마나 오래 지속되든 상관없이 항상 움직인다는 사실을 알아냈습니다. 이 일정한 운동의 이유, 즉 눈에 보이지 않는 분자의 작용은 오랫동안 미스터리였습니다. )

얼 럼포드라는 뛰어난 인물이 없었다면 상황은 더욱 악화되었을 수도 있습니다. 고귀한 직함에도 불구하고 그는 1753년 매사추세츠 주 워번에서 태어난 평범한 벤저민 톰슨이었습니다. 톰슨은 잘생겼고, 활기차고, 야심적이었고, 때로는 용감하고, 총명하고, 부끄러움을 모르는 사람이었습니다.

그는 19세에 14세 연상의 부유한 과부와 결혼했습니다. 그러나 식민지에서 혁명이 일어나자 그는 어리석게도 왕당파의 편에 섰고 한동안 그들을 염탐하기까지 했습니다. 1776년, 그는 "자유를 위한 열정이 충분하지 않다"는 이유로 체포될 위험에 처했을 때 뜨거운 타르 통과 닭 깃털 자루를 들고 있던 한 무리의 반군에게 강도를 당했습니다. 그 두 가지 물건으로 옷을 입히려던 그는 왕당파들 앞에서 아내와 아이들을 버리고 겁에 질려 도망쳤습니다.

그는 처음에는 영국으로 피신했고 그 다음에는 독일로 도피해 바이에른 정부의 군사고문으로 일했다. 그는 당국에 깊은 인상을 주었고 1791년에는 "신성 로마 제국의 럼퍼드 백작"이라는 칭호를 받았습니다. 뮌헨에 있는 동안 그는 또한 Englischer Garten이라는 유명한 공원을 설계하고 건설했습니다.

이 기간 동안 그는 순전히 과학적인 작업을 많이 할 시간을 찾았습니다. 그는 열역학 분야에서 세계에서 가장 유명한 권위자가 되었으며 액체 대류와 해류 순환의 원리를 최초로 설명한 사람이 되었습니다. 그는 또한 드립 커피 메이커, 보온 속옷, 여전히 Rumford 스토브라고 불리는 스토브를 포함하여 여러 가지 유용한 품목을 발명했습니다. 1805년 프랑스에 머무는 동안 그는 앙투안 로랑 라부아지에의 미망인 라부아지에 부인에게 구혼하여 결혼했습니다. 결혼은 실패했고 그들은 곧 헤어졌다. 럼퍼드는 1814년 사망할 때까지 프랑스에 머물렀다. 그는 몇몇 전 부인을 제외하고는 프랑스인들로부터 보편적인 존경을 받고 있습니다.

여기서 그를 언급하는 이유는 그가 1799년 런던에 잠시 머무는 동안 왕립과학연구소를 설립했기 때문입니다. 그것은 18세기 말과 19세기 초에 영국 전역에서 등장한 많은 학문 그룹의 또 다른 구성원이 되었습니다. 한동안 그것은 신흥 화학 과학의 적극적인 발전에 전념하는 거의 유일한 권위있는 기관이었으며 이는 거의 전적으로 Humphrey Davy라는 뛰어난 청년 덕분이었습니다. 이 기관이 설립된 직후 David는 연구소의 화학 교수로 임명되었으며, 그곳에서 그는 뛰어난 강사이자 다작의 실험자로 빠르게 명성을 얻었습니다.

다비드는 취임한 지 얼마 지나지 않아 칼륨, 나트륨, 망간, 칼슘, 스트론튬, 알루미늄 등 새로운 원소의 발견을 잇달아 발표하기 시작했다. 그는 원소의 배열을 알아냈기 때문이 아니라 독창적인 기술, 즉 용융된 물질에 전류를 통과시키는 기술, 즉 현재 전기분해라고 불리는 기술을 발명했기 때문에 수많은 원소를 발견했습니다. 그는 당시 알려진 전체 원소의 5분의 1에 해당하는 총 12개의 원소를 발견했습니다. 데이비드는 더 큰 일을 이룰 수도 있었지만, 불행하게도 젊은 시절 아산화질소의 놀라운 즐거움에 중독되었습니다. 그는 가스 없이는 살 수 없었고 하루에 서너 번 가스를 들이마셨습니다. 마침내 1829년에 가스로 인해 사망한 것으로 생각됩니다.

다행히도 다른 곳에서도 이 일을 하고 있는 진지한 사람들이 있습니다. 1808년에 존 달튼(John Dalton)이라는 젊고 끈기 있는 퀘이커가 최초로 원자의 본질을 발표했습니다. (이 발전에 대해서는 잠시 후에 더 자세히 논의하겠습니다.) 1811년에 로렌조 로마노 마데오 카를로 아보가드로(Lorenzo Romano Madeo Carlo Avogadro)라는 멋진 이름을 가진 오페라 오페라가 있었습니다. 장기적으로 매우 중요한 발견, 즉 압력과 온도가 동일한 두 기체는 원자 수가 동일하다는 사실을 발견했습니다.

이것은 나중에 아보가드로의 법칙으로 알려지게 되었습니다. 이 간단하지만 흥미로운 법칙은 두 가지 면에서 주목할 만합니다. 첫째, 원자의 크기와 무게를 보다 정확하게 측정할 수 있는 기초를 제공합니다. 예를 들어, 화학자들은 아보가드로 수를 사용하여 최종적으로 일반적인 원자의 직경이 0.00000008센티미터라는 사실을 알아냈습니다. 이 숫자는 실제로 작습니다. 둘째, 거의 50년 동안 그것에 대해 아는 사람이 거의 없었습니다.

아보가드로는 혼자 연구를 하고 회의에 전혀 참석하지 않는 고독한 사람이기 때문이기도 하고, 참석할 회의도 적기 때문이기도 하다. 화학 과학자들은 잡지에 기사를 게재할 수 있습니다. 이것은 매우 이상한 일입니다. 산업 혁명은 주로 화학의 발전에 의해 주도되었는데, 화학은 수십 년 동안 체계적인 과학으로서 독립적인 존재가 거의 없었습니다.

1841년이 되어서야 런던 화학 학회가 설립되었고 1848년이 되어서야 학회가 정기적으로 잡지를 발행했습니다.

그 당시에는 영국의 대부분의 학식 있는 학회(지질학회, 지리학회, 동물학회, 원예학회, 린네학회(박물학자 및 식물학자))가 적어도 20년 동안 존재해 있었습니다. 훨씬 더 길어졌습니다. 경쟁 상대인 화학 연구소는 미국 화학 협회가 설립된 지 1년 후인 1877년이 되어서야 설립되었습니다. 화학계의 조직화 속도가 너무 느렸기 때문에 1811년 아보가드로의 주요 발견 소식은 1860년 카를스루에에서 열린 제1차 국제 화학 회의가 열릴 때까지 퍼지지 않았습니다.

화학자들은 오랫동안 고립된 환경에서 연구해 왔기 때문에 통일된 어휘의 형성이 더디었습니다. 19세기 후반까지 H2O2는 한 화학자에게는 물을 의미했고 다른 화학자에게는 과산화수소를 의미했습니다. C2H2는 에틸렌이나 바이오가스를 의미할 수 있습니다. 어디에서나 균일한 분자 기호는 거의 없습니다.

화학자들은 종종 자신들이 고안한 혼란스러운 다양한 기호와 약어를 사용합니다. 스웨덴의 J.J. Berzelius는 요소가 그리스어 또는 라틴어 이름에 따라 축약되어야 한다고 규정하는 매우 필요한 배열을 발명했습니다. 이것이 바로 철의 약어가 Fe(라틴어 ferrum에서 유래)이고 은의 약어가 Ag(라틴어 argentum에서 유래)인 이유입니다. 다른 많은 약어는 영어 이름(질소는 N, 산소는 O, 수소는 H 등)에 해당하는데, 이는 영어의 높은 지위 때문이 아니라 라틴어 기반의 영어 특성을 반영합니다. Berzelius는 분자 내의 원자 수를 표현하기 위해 H20과 같은 위 첨자 방법을 사용했습니다. 나중에는 특별한 이유 없이 숫자를 H20과 같은 첨자로 바꾸는 것이 유행하게 되었습니다.

간혹 정리가 이루어졌음에도 불구하고 화학은 19세기 말까지 다소 혼란스러운 상태를 유지했습니다. 그래서 러시아 상트페테르부르크 대학의 괴팍하고 무뚝뚝한 교수가 유명해졌을 때 모두가 기뻐했습니다. 교수의 이름은 Dmitry Ivanovich Mendeleev였습니다.

1834년 멘델레예프는 러시아 극서부 시베리아 토볼스크에서 교육을 잘 받고 상대적으로 부유한 가문에서 태어났습니다. 이 가족은 너무 커서 멘델레예프라는 사람이 몇 명이나 있었는지 역사책에서 기록할 수 없습니다. 일부 소식통에서는 자녀가 14명이라고 하고 일부 소식통에서는 17명이라고 합니다. 그러나 모두는 드미트리가 그들 중 가장 어리다고 생각했습니다. Mendeleev 가족이 항상 행운을 누리는 것은 아닙니다. Dmitry가 아주 어렸을 때 지역 초등학교 교장이었던 그의 아버지는 시력을 잃었고 그의 어머니는 직장에 가야했습니다. 그녀는 의심할 바 없이 뛰어난 여성이었으며 결국 매우 성공적인 유리 공장의 관리자가 되었습니다. 모든 것이 순조롭게 진행되다가 1848년 화재로 공장이 잿더미가 되어 가족이 가난에 빠지게 되었습니다. 강인한 멘델레예프 부인은 막내아들에게 교육을 시키기로 결심했고, 어린 드미트리와 함께 히치하이킹을 하고 6,000km(런던에서 적도 기니까지의 거리에 해당) 이상을 여행하여 상트페테르부르크까지 가서 그를 교육 연구소로 보냈습니다. . 그녀는 지쳐서 곧 사망했습니다.

멘델레예프는 열심히 공부를 마치고 마침내 지역 대학에서 일했습니다. 그곳에서 그는 유능하지만 눈에 띄지 않는 화학자였으며, 실험실에서의 그의 탁월함보다는 덥수룩한 머리와 수염으로 더 잘 알려져 있었습니다. 그의 머리와 수염은 1년에 한 번만 다듬어진다.

그러나 그는 35세인 1869년부터 요소의 배열에 대해 생각하기 시작했다. 당시 원소는 일반적으로 원자량(아보가드로의 법칙 사용)이나 공통 특성(예: 금속인지 가스인지)의 두 가지 방식으로 배열되었습니다. Mendeleev의 혁신은 두 가지가 하나의 테이블에 결합될 수 있다는 것을 발견한 것입니다.

사실 멘델레예프의 방법은 3년 전 영국의 아마추어 화학자 존 뉴랜즈가 제안한 것이다. Newlands는 원소들이 원자량에 따라 배열되면 순서대로 8개 위치마다 특정 특성을 반복하는 것처럼 보일 것이라고 믿었습니다. 어떤 의미에서는 조화롭게 말입니다. 다소 현명하지 못한 일이지만 아직 그렇게 할 때가 아니었기 때문에 Newlands는 이를 피아노 건반의 옥타브 배열과 비교하면서 이를 "옥타브의 법칙"이라고 불렀습니다. Newlands의 주장에는 어느 정도 일리가 있었을지 모르지만 그 접근 방식은 완전히 터무니없는 것으로 간주되어 조롱당했습니다. 집회에서 일부 농담하는 청중은 때때로 그에게 그의 요소를 사용하여 약간의 곡을 연주할 수 있는지 묻곤 했습니다. Newlands는 낙담하여 연구를 계속하지 않았고 곧 사라졌습니다.

멘델레예프는 7개의 요소를 그룹으로 그룹화하는 약간 다른 접근 방식을 취했지만 정확히 동일한 전제를 사용했습니다. 갑자기 접근 방식이 훌륭해 보였고 관점이 명확해졌습니다. 이러한 특징이 주기적으로 반복되기 때문에 본 발명을 '주기율표'라고 부른다.

멘델레예프는 북미의 1인 카드게임에서 영감을 얻었고, 다른 곳에서 인내심을 얻었다고 한다. 이러한 종류의 카드 게임에서는 카드가 모양에 따라 가로줄로, 점수에 따라 세로줄로 배열됩니다. 그는 매우 유사한 개념을 사용하여 수평 기둥 주기와 수직 행 계열이라고 불렀습니다. 위아래를 보면 즉시 한 세트의 관계를 볼 수 있고, 왼쪽과 오른쪽을 보면 다른 세트의 관계를 볼 수 있습니다. 특히 열은 비슷한 성격의 요소를 그룹화합니다. 따라서 구리는 은 위에 있고, 은은 모두 금속과 화학적 친화성을 갖고 있기 때문에 금 위에 있고, 헬륨, 네온, 아르곤은 모두 기체이기 때문에 같은 열에 있습니다. (순서를 결정하는 것은 실제로 전자 원자가입니다. 전자 원자가를 이해하려면 야간 수업을 들어야합니다.) 한편 요소는 원자 번호라고 불리는 핵의 양성자 수에 따라 최소에서 최소로 순위가 지정됩니다. 여러 곳에 올라와 있어요.

지금은 배열 원리에 대해 알아보겠습니다. 수소는 양성자가 1개뿐이므로 원자번호는 1이고, 목록에서 1위인 우라늄은 양성자가 92개이므로 곧 순위에 오를 예정입니다. 마지막에는 원자 번호가 92입니다. 이런 의미에서 필립 바우어(Philip Bauer)가 지적했듯이 화학은 실제로 계산의 문제일 뿐입니다. (그런데 원자번호와 원자량을 혼동하지 마세요. 원자량은 원소의 양성자 수와 중성자 수의 합입니다.)

엄청난 양의 물질이 있습니다. 사람들은 모르거나 이해하지 못합니다. 우주에서 가장 흔한 원소는 수소이지만, 향후 30년 동안 수소에 대한 지식은 거기서 그쳤습니다. 헬륨은 두 번째로 풍부한 원소입니다. 불과 1년 전에는 누구도 그 존재를 생각해 본 적이 없었으며, 발견되었다고 해도 지구가 아닌 태양 속에 있었습니다. 일식 중에 분광기로 발견되었으며 그리스 태양신 헬리오스의 이름을 따서 명명되었습니다. 1895년이 되어서야 헬륨이 분리되었습니다. 그럼에도 불구하고 화학이 이제 확고하게 자리잡은 것은 멘델레예프의 발명 덕분이었습니다.

우리 대부분에게 주기율표는 아름답고 추상적인 것이지만, 화학자에게는 아무리 어렵게 말하더라도 갑자기 화학을 질서정연하고 명확하게 만드는 것입니다. "화학 원소의 주기율표는 인류가 발명한 가장 아름답고 체계적인 도표라는 점에는 의심의 여지가 없습니다." Robert E. Krebs는 "지구의 화학 원소: 역사와 응용"이라는 책에서 썼습니다. 화학의 모든 역사에서 비슷한 설명을 볼 수 있습니다.

현재 알려진 원소는 약 120개이며, 자연적으로 생성되는 원소는 92개, 실험실에서 생성되는 원소는 20개 이상입니다. 실제 숫자는 약간 논란의 여지가 있으며 화학자들은 합성 중원소가 실제로 단지 몇 백만 분의 1초 동안만 측정될 수 있는지 여부에 대해 의견이 일치하지 않습니다. 멘델레예프 시대에는 알려진 원소가 63개뿐이었습니다. 그는 당시에 모든 원소가 알려지지 않았고 아직 많은 원소가 발견되지 않았다는 사실을 깨달았기 때문에 똑똑하다고 합니다. 그의 주기율표는 새로운 원소가 발견되자마자 제자리에 놓일 것이라고 정확하게 예측했습니다.

그런데 원자량이 168보다 큰 것은 "순수한 추측"으로 간주되지만 최대 원소 수가 얼마나 될지는 아무도 모릅니다. 그러나 발견된 원소는 깔끔하게 통합될 수 있다는 것이 확실합니다. 멘델레예프의 위대한 도표 속으로.

19세기는 화학자들에게 마지막으로 중요한 놀라움을 선사했습니다. 1896년에 시작되었습니다. 앙리 베크렐(Henri Becquerel)은 실수로 파리의 서랍에 있는 감광판에 우라늄염 한 묶음을 남겨 두었습니다. 얼마 후 감광판을 꺼내보니 마치 감광판이 빛에 노출된 것처럼 우라늄염에 흔적이 남아 있는 것을 발견하고 놀랐다. 우라늄염은 일종의 방사선을 방출합니다.

이 발견의 중요성을 고려하여 베크렐은 매우 이상한 행동을 취했습니다. 그는 이 문제를 대학원생에게 조사하도록 맡겼습니다. 운 좋게도 그 학생은 마리 퀴리(Marie Curie)라는 이름의 새로 도착한 폴란드 이민자였습니다. Curie는 새 남편 Pierre와 함께 일하면서 일부 암석이 크기가 줄어들거나 측정 가능한 변화 없이 지속적으로 많은 양의 에너지를 방출한다는 사실을 발견했습니다. 그녀와 그녀의 남편은 알 수 없었고 다음 세기에 아인슈타인이 설명할 때까지 누구도 알 수 없었던 것은 암석이 질량을 에너지로 변환하는 데 매우 효율적이라는 것이었습니다. 마리 퀴리는 이를 '방사선'이라고 불렀습니다.

협력 중에 Curies는 폴로늄과 우라늄이라는 두 가지 새로운 원소도 발견했습니다. 폴로늄은 그녀의 고향인 폴란드의 이름을 따서 명명되었습니다. 1903년 퀴리와 베크렐은 노벨 물리학상을 수상했습니다. (1911년 마리 퀴리는 또 다른 노벨 화학상을 수상했습니다. 그녀는 화학상과 물리학상을 모두 수상한 유일한 사람이었습니다.)

뉴질랜드 태생의 젊은 어니스트는 몬트리올의 맥길 대학교에서 재학 중이었습니다. 러더퍼드는 새로운 방사성 물질에 관심을 갖게 되었습니다. Frederic Soddy라는 동료와 함께 그는 매우 적은 양의 물질에 막대한 양의 에너지가 포함되어 있으며 지구 열의 대부분이 이 에너지의 방사성 붕괴에서 나온다는 사실을 발견했습니다. 그들은 또한 방사성 원소가 다른 원소로 붕괴된다는 사실도 발견했습니다. 예를 들어, 오늘 우라늄 원자를 손에 쥐고 있다면 내일은 납 원자가 될 것입니다. 이것은 정말 놀라운 일입니다. 이것은 순수한 연금술이었습니다. 누구도 이와 같은 일이 자연스럽고 자발적으로 일어날 수 있다고 상상하지 못했습니다.

러더포드는 늘 실용주의자였고, 그 속에 담긴 귀중한 실천적 가치를 가장 먼저 알아본 사람이었다. 그는 어떤 유형의 방사성 물질이든지 다른 원소로 붕괴하는 데 걸리는 시간의 절반이 항상 동일하다는 사실을 알아냈습니다. 유명한 반감기입니다. 이 안정적이고 신뢰할 수 있는 붕괴 속도는 일종의 시계로 사용될 수 있습니다. 물질이 현재 얼마나 많은 방사능을 갖고 있는지, 얼마나 빨리 붕괴되고 있는지만 알아내면 그 물질의 나이를 알 수 있습니다. 그는 우라늄의 주요 광석인 역청 조각을 테스트한 결과 그 나이가 7억년이라는 사실을 발견했습니다. 이는 대부분의 사람들이 지구라고 생각하는 것보다 오래되었습니다.

1904년 봄, 러더퍼드는 영국 왕립과학연구소에서 강의를 하기 위해 런던에 왔습니다. 이 연구소는 얼 럼포드가 설립한 기관으로 팔을 걷어붙이고 준비한 사람들 중 겨우 150년이었습니다. 최선을 다하던 빅토리아 시대 말기 사람들에게 흰 가루를 바르고 가발을 쓰는 시대는 이미 아득히 먼 것처럼 느껴졌다. 러더퍼드는 새로 발견한 방사성 현상의 변태 이론에 대한 강의를 준비하고 있었고 강의의 일환으로 피치블렌드 작품을 제작했습니다. 러더포드는 만약 다른 열원이 발견된다면 그의 계산이 뒤집힐 것이라고 켈빈 자신이 말했다는 것을(항상 깨어 있는 것은 아니었지만 나이 많은 켈빈이 거기에 있었기 때문에) 기민하게 지적했습니다. 러더퍼드는 또 다른 열원을 발견했습니다. 방사능 현상 덕분에 지구는 아마도 켈빈이 최종적으로 계산한 2,400만 년보다 훨씬 오래되었을 것이라고 계산할 수 있습니다.

러더퍼드의 정중한 말을 들은 켈빈은 행복해 보였지만 사실은 무심했다. 그는 수정된 수치를 받아들이기를 거부했고, 죽는 날까지 자신이 계산한 지구의 나이가 과학에 대한 가장 통찰력 있고 중요한 공헌, 즉 열역학에서 얻은 결과보다 훨씬 더 중요하다고 믿었습니다.

대부분의 과학 혁명과 마찬가지로 러더퍼드의 새로운 발견은 보편적으로 환영받지 못했습니다. 1930년대 후반까지도 더블린의 존 졸리(John Jolley)는 여전히 지구의 나이는 8,900만 년을 넘지 않는다고 주장했으며, 죽을 때까지 그 주장을 유지했습니다. 다른 사람들은 러더퍼드가 지금 너무 오랫동안 이야기하고 있다고 걱정하기 시작했습니다. 그러나 나중에 붕괴 계산으로 알려진 방사성 연대측정 방법을 사용하더라도 지구의 실제 나이가 대략 10억 년 이내라는 결론을 내리기까지는 수십 년이 걸릴 것입니다. 과학은 올바른 방향으로 가고 있지만 아직 갈 길이 멀다.

켈빈은 1907년에 사망했습니다. 드미트리 멘델레예프(Dmitri Mendeleev)도 그 해에 사망했습니다. 켈빈처럼 그의 수많은 업적은 영원히 기억될 것이지만 그의 말년의 삶은 분명 평화롭지 않았습니다. 사람들이 나이가 들수록 멘델레예프는 점점 더