“사라지는 것은 없다, 다만 변할 뿐”
[10day] 앙투안 라부아지에 (1743–1794)
정밀한 저울 하나로 연금술을 끝장낸 근대 화학의 아버지
[Today's Scientist] 라부아지에는 "화학은 물리학처럼 수학적으로 계산할 수 있어야 한다"고 믿었습니다. 그는 아주 정밀한 저울을 사용해 실험 전후의 무게를 집요하게 측정했고, ‘질량 보존의 법칙’을 증명했습니다. 또한, 타오르는 불이 '플로지스톤'이라는 신비한 물질이 빠져나가는 게 아니라, '산소'와 결합하는 현상임을 밝혀냈습니다. 안타깝게도 프랑스혁명 때 단두대에서 생을 마감했지만, 그가 세운 체계 위에서 현대 화학이 시작되었습니다.
[교과과정 연계]
중학교 3학년 [화학 반응의 규칙] 화학 반응 전후의 질량 관계 (질량 보존 법칙)
고등학교 통합과학 [산화와 환원] 산소의 결합과 연소 반응
1. 밀폐된 용기 속의 마법
당시 사람들은 나무가 타서 재가 되면 무게가 줄어드니까 "물질이 사라졌다"고 생각했습니다. 하지만 라부아지에는 의심했습니다. "날아간 연기까지 다 모아서 재면 똑같지 않을까?" 그는 유리병 안에 주석을 넣고 입구를 완전히 밀봉한 뒤 가열했습니다. 주석은 녹아서 검게 변했습니다(연소). 그는 식은 병의 무게를 다시 쟀습니다. 결과는? 0.001g의 오차도 없이 똑같았습니다. 병 안에서 무슨 일이 일어나든, 밖으로 나가는 것이 없다면 전체 질량은 절대 변하지 않는다는 사실을 증명한 것입니다.
2. 불타는 것은 '산소'와의 만남이다
옛날 과학자들은 불이 붙으면 '플로지스톤'이라는 물질이 빠져나간다고 믿었습니다. 하지만 라부아지에는 정밀 저울로 금속을 태우면 오히려 무게가 늘어난다는 것을 발견했습니다. (빠져나갔다면 가벼워져야 하는데 말이죠!) "무언가가 빠져나간 게 아니라, 공기 중의 무언가가 달라붙은 거야!" 그는 그 달라붙는 기체에 ‘산소(Oxygen)’라는 이름을 붙였습니다. 연소는 물질이 산소와 격렬하게 결합하는 현상임을 밝혀낸 것입니다.
3. 천재의 비극적인 최후
라부아지에는 과학 연구비를 대기 위해 세금을 걷는 '징세 청부업자' 일을 했습니다. 이것이 화근이 되어 프랑스혁명 때 "민중의 피를 빤다"는 죄목으로 체포되었습니다. 그는 "진행 중인 실험을 마칠 수 있게 며칠만 시간을 달라"라고 애원했지만, 재판관은 냉정하게 말했습니다. "공화국에는 과학자가 필요 없다." 결국 그는 단두대에서 처형되었습니다. 그의 죽음을 지켜본 수학자 라그랑주는 이렇게 탄식했습니다. "그의 머리를 베는 것은 한순간이었지만, 같은 머리를 다시 만드는 데는 100년도 부족할 것이다."
[개념 심화 박스]
원자는 사라지지 않는다
질량 보존의 법칙이 성립하는 이유는 무엇일까요? 화학 반응은 원자들이 새로 생기거나 사라지는 게 아니라, 조립 방식(배열)만 바뀌는 과정이기 때문입니다. 마치 레고 블록으로 만든 자동차를 부숴서 비행기를 만들어도, 사용된 레고 블록의 개수와 무게는 똑같은 것과 같습니다. 이 개념은 12일 차 돌턴의 원자설로 이어집니다.
[시각 자료 '캡션']
[그림 1: 라부아지에의 실험실] 거대한 렌즈로 햇빛을 모아 밀폐된 유리종 안의 물질을 태우는 실험 장면. 옆에서 아내가 기록하는 모습이 보임.
[그림 2: 질량 보존 모델] [나무 + 산소]의 무게가 [재 + 이산화탄소 + 수증기]의 무게와 정확히 수평을 이루는 저울 그림.
[사이드 박스 (TMI 코너)]
천재적인 아내: 그의 아내 마리 안은 단순한 내조자가 아니었습니다. 영어를 못하는 남편을 위해 영국 논문을 번역해 주고, 실험 장면을 정밀한 그림으로 남겨 책으로 펴냈습니다. 라부아지에 업적의 절반은 아내 덕분이라고 해도 과언이 아닙니다.
산소와 수소의 작명가: 우리가 쓰는 '산소(Oxygen)'와 '수소(Hydrogen)'라는 이름을 지은 사람이 바로 라부아지에입니다.