멘모육천지교?!
멘델레예프와 주기율표
중국 전국시대 사상가 맹자와 관련하여 ‘맹모삼천지교’라는 말이 널리 알려져 있습니다. 더 좋은 환경에서 교육을 시키기 위해 맹자의 어머니가 세 번 이사를 했다는 고사입니다. 주기율표로 유명한 러시아의 화학자 멘델레예프의 어머니 또한 자식 교육에 바친 열정은 대단했습니다. 멘델레예프의 교육을 위해 그의 어머니는 고향인 토볼스크에서 1500마일 즉 약 6000리나 떨어져 있는 모스크바로 이사를 했습니다. ‘멘모육천지교’라고 할 수 있습니다. 덜컹거리는 마차를 타고 우랄산맥을 넘은 어머니의 열정이 원소의 주기율표를 만들어냈다고 해도 과언이 아닙니다.
유리 공장에서 싹튼 화학
드미트리 이바노비치 멘델레예프는 1834년 러시아 서시베리아의 작은 도시 토볼스크에서 14남매 중 막내아들로 태어났습니다. 외삼촌이 이웃 도시에서 유리공장을 운영했는데 멘델레예프는 어렸을 때부터 유리를 제조하는 과정에서 일어나는 여러 가지 현상을 눈여겨보았습니다. 화학적 현상과 각종 도구들을 보면서 자연스럽게 과학에 관심을 가졌을 것입니다.
열세 살 때 아버지가 돌아가시고 엎친 데 덮친 격으로 유리공장이 화재로 잿더미가 되었습니다. 하지만 멘델레예프의 어머니는 실의에 빠지지 않고 멘델레예프의 교육을 위해 모스크바로 가기로 결심했습니다. 상트페테르부르크 교육대학에 입학한 멘델레예프는 화학교육을 받게 되었습니다. 그는 특히 원소의 성질과 기체의 특징들에 관심을 가지고 연구하기 시작했습니다.
멘델레예프의 교육을 위해 헌신한 어머니 마리아 ⒸPublic Domain꿈에서도 화학 연구?
독일의 화학자 아우구스트 케쿨레(1829~1896)는 분자의 구조를 밝힌 것으로 유명합니다. 특히 꿈에서 얻은 힌트를 분자 구조 연구에 연결시킨 것은 유명한 일화입니다. 그 당시 화학자들은 벤젠이라는 분자가 탄소 원자 6개와 산소 원자 6개로 이루어져 있는 것은 알았지만, 이 원자들이 어떤 구조를 이루고 있는지 알 수가 없었습니다. 그런데 1865년 케쿨레가 잠깐 잠든 사이에 꿈에서 자신의 꼬리를 물고 있는 뱀의 모습을 보고 벤젠이 고리 모양으로 연결된 6개의 탄소에 수소가 각각 1개씩 붙어 있는 구조를 생각해 낸 것입니다.
벤젠의 구조를 밝힌 케쿨레 ⒸPublic Domain
케쿨레가 자신의 꼬리를 물고 있는 뱀 꿈을 꾸고 벤젠의 고리 구조 밝혀냈다고 해요. / by DMGualtieri CC BY-SA 3.0(Wikimedia)4년 후 이런 꿈을 멘델레예프도 꾸게 되었습니다. 1869년 멘델레예프는 당시까지 알려진 63개의 원소들 사이에 분명히 어떤 규칙이 있을 것이라고 확신하고 연구에 몰두하고 있었습니다. 이 규칙을 찾아내 자신이 집필하고 있는 『화학의 원리』라는 책에 넣으려고 애쓰고 있었던 것입니다. 그는 원소의 이름과 원자량, 성질 등을 63장의 카드에 하나하나 쓰고 다양한 방식으로 배열해 보면서 규칙을 찾고 있었습니다. 그러다가 깜빡 잠든 사이에 꿈을 꾸게 된 것이지요. 꿈에서 멘델레예프는 원소들이 있어야 할 자리에 정확하게 위치해 있는 표를 보게 되었습니다. 잠에서 깨자마자 꿈에서 본 것을 정리한 것이 바로 멘델레예프의 주기율표입니다.
1869년 2월 17일이었지요. 멘델레예프는 주기율표를 논문으로 작성하여 3월 6일 학회에서 발표했습니다.
이 주기율표는 성질이 비슷한 원소들을 원자량 순으로 배열한 것인데 중간 중간 비어 있는 곳도 있어서 당시 과학자들 사이에서 주목을 받지 못했고 심지어 오류처럼 보이기도 했습니다. 멘델레예프만이 빈 곳에 들어갈 원소가 머지않아 발견되리라는 것을 알고 있었습니다.
멘델레예프가 처음 작성한 주기율표의 원고 ⒸPublic Domain
독일 학술지에 발표된 멘델레예프의 주기율표 ⒸPublic Domain멘델레예프의 예언으로 발견된 원소들
멘델레예프가 주기율표를 작성할 당시 알려진 원소는 63개였습니다. 그런데 1868년 말에 64번째로 헬륨이 발견되었습니다. 헬륨은 태양의 스펙트럼에서 발견되어 태양을 뜻하는 헬리오스(helios)에서 지어진 이름입니다. 하지만 멘델레예프의 주기율표에는 헬륨이 들어 있지 않습니다. 헬륨의 원자번호가 수소 다음인 2번인데도 불구하고 이렇게 늦게 발견된 것도 아이러니한 일입니다.
이후 실제로 비어 있는 곳에 들어갈 갈륨, 스칸듐, 저마늄(게르마늄) 등의 원소가 속속 발견되어 멘델레예프의 예언이 맞았음이 증명되었습니다. 이러한 멘델레예프의 주기율표를 토대로 발견된 원소들은 자리를 잡아갔고, 현재는 118개의 원소가 발견되어 오늘날 우리가 보는 주기율표가 되었습니다.
아버지의 죽음, 공장의 화재, 모스크바로 이사, 어머니와 여동생의 죽음, 건강 악화 등 수많은 역경을 딛고도 화학 연구에 평생을 바친 멘델레예프. 얼마나 깊이 생각했으면 꿈에 주기율표가 나타났을까요? 후배 과학자들은 101번째로 발견된 원소의 이름을 ‘멘델레븀’으로 지어 멘델레예프의 업적을 기리고 있습니다. 또한 유네스코에서는 주기율표가 발표된 지 꼭 150주년이 되는 2019년을 ‘세계 주기율표의 해’로 정했습니다. 우리도 멘델레예프처럼 깊이 생각하고 갈망하며 꿈을 꿔 보는 것은 어떨까요?
슬로바키아 브라티슬라바에 설치되어 있는 멘델레예프와 주기율표 조각 by www.flickr.com/people/mmmdirt/ CC BY-SA 2.0(Wikimedia)