맨눈으로 절대 못 보는 수소와 산소를 발견한 과학자들! 도대체 어떻게 발견했을까?

우리 인류는 아주 오래전부터이 세상을 구성하는 근본 물질이 뭔지 궁금했어요 최초로이 기본 물질에 대해서 다루기 시작한 때는 바로 고대 그리스식이 이때 나온 가설 중 하나가 사원 소설인데요 사원소설을 연구했던 고대학자들은 물 불 흙 공기 이렇게 4개 원소가 서로 짬뽕 되고 변환되서이 세상 모든 것을 구성한다고 생각했습니다 비슷한시기 원자론도 나왔어요 고대 그리스 철학자 레오키포스가 먼저 주장했고 데모크리토스가 적립한이 원자론에 따르면 눈에 보이지도 않는 아주 작은 알갱이 하나가 있고 결국엔이 알갱이가이 세상 모든 것을 구성한다고 생각했습니다 자 그런데 사원 소설과 원자론이 두 가지 주장은 모두 그냥 가설에 불과했어요 어 사실 그럴 수밖에 없었던게 그 당시는 과학이 덜 발전한 시대 관측 장비의 한계도 있었기 때문에이 작디작은 세계를 증명하기란 어려웠겠죠 어쨌든이 두 가지 가설 중에 대세가 된 건 바로 사원 소설이었고요 또이 사원 소설은 연금술을 발전시킨 아주 중요한 기초학문이 됐어요 그래서 고대 과학자들은이 사원 소설과 연금술을 이용해서 금을 만들어 보겠다고 시도한 사람들도 많았죠 자 그런데 문제는 금을 만드는데 성공했다고 주장한 연금술사들 모두가 사기꾼이었다는 거예요 또 그 사기꾼들한테 사기 치려는 경우도 많았어요 금 좀 만들 줄 안다는 연금술사를 갔다가 왕이나 귀족들이 고용하고 나서 바로 감금시키고 고문하고 해서 금 만드는 법을 빼돌리려고 했던 거죠 그런데 당연히 금 만드는 법 따위는 없었으니까 사기꾼 연금술사들은 끝내 죽임 당했다고 해요이 연금술사들이 금을 만들었든 못 만들었든 일어나 저러나 연금술사는 무조건 죽는 운명인 거죠 어느 날 연금술에 기초항문 사원 소설을 완전히 박살낸 사람이 있었으니 그는 바로 프랑스의 재벌 청년 앙투안 로랑 라부아지 1743년 프랑스 파리의 부유한 법조인 집안에서 태어난 라브아진은 신분상승을 노린 아버지 덕분에 세금 징수조합에 가입 증세청부업자로 활동했습니다 덕분에 라보아즈에는 어지간한 귀족 못지않은 초고소득을 올렸고요 웬만한 대학교 실험실보다 훨씬 좋은 최고급 개인 실험실을 꾸며놓고 본인이 원하는 과학 실험을 언제든지 할 수 있었습니다이 라부아지에는 워낙 돈이 많았던 탓에 한 번은 물질의 근본에 대한 실험을 진행할 때 다이아몬드를 상담해 초거대 돋보기로 태양빛을 모아서 태워버린 적도 있어요 진짜 대단한 과학 플렉스죠 아 물론이 라부아제에가 모았던 돈의 근본은 프랑스 국민들의 세금이었구요이 국민들의 세금을 갖다가 자꾸 과학 플렉스도 하고 또 세금징수도 과하게 너무 많이 하다 보니까 대중들의 미움을 받았고 결국에 그는 프랑스 대혁명 공포 정치 때 처형 돼버렸습니다 자 이렇게 라부아지에는 프랑스 국민들의 세금으로 폭리를 취한 바람에 사형당하긴 했지만 그가 과학계에 미친 영향은 어마어마합니다 먼저 라부아지에는 그 당시까지도 널리 퍼져있던 사원 소설을 정면으로 반박했거든요 당시 대세였던 사원 소설에 따르면요 요리 그릇에 담긴 물을 완전히 준비하면 그르단의 약간의 고체 찌꺼기가 남습니다 이것이 바로 물이 흙으로 변할 수 있음을 보여주는 증거입니다 하지만 라부아지에는이 실험 결과를 믿을 수 없었습니다 라브아즈에는 모든 화학 반응에서 질량은 항상 보존된다고 생각했죠 실험을 시작하기 전에 미리 측정한 시료들의 질량과 실험이 끝난 후에 남은 최종 물질의 질량은 실험 도중에 새어나간 기체가 없다면 항상 같아야 합니다 라부어즈에는 그 당시 최 과학 장비들을 모조리 플렉스 비싼 저우를 이용해서 먼저 텅 빈 유리 그릇에 무게를 쟀습니다 그 다음에이 유리그릇 안에다가 물을 넣고 완전히 밀봉 유리그릇 안에 물이 사라질 때까지 100일 동안이나 끓였다고 합니다 실험이 끝나고 나서 정말로 유리그릇 안에는 뭔가 흙 같은게 남아 있었습니다 종말로 사원 소설의 주장처럼 물이 흙으로 변한 걸까라고 하지에는 유리 그릇의 무게 그리고 유리그릇 안에 남아있는 흙의 무게를 합쳐봤더니 실험 전해졌던 유리그릇의 무게하고 같았습니다이 유리그릇 안에 쌓였던 고체 찌꺼기는 물이 흙으로 변한게 아니라 유리 그릇이 뜨거운 열기 때문에 녹아서 흙으로 변했던 거예요 내가 직접 몇 날 며칠 동안 물을 끓이는 실험을 진행해본 결과 물이 흙으로 변한다는 사원 소설의 가설은 틀렸소이다라고 아주의이 실험은 그 당시 과학계를 완전히 뒤흔들었어요 사완 소설이 라부 정확한 실험 아래 무너지는 순간이죠이 실험으로 이력스타가 된 라부아지에는 엄청 자신만만 해졌어요이 기세를 몰아서 라부아지에는 사원 소설에 불에 도전장을 내밀었습니다 이제는 사원 소설을 완전히 박살내겠다는 신보정 18세기 중반까지만 해도 화학자들은 불의 성질에 대해서 이렇게 생각했습니다 목탄 같은 가연성 물체에 불을 붙이면 플로지스톤이라는 물질이 방출되면서 타들어가는 겁니다 즉 목탄에 함유된 플로지스톤이 불을 피운다는 얘기죠 그런데 라부아지에는 이렇게 생각했습니다 왜 제가 탈 때 블러지스톤이 방출된다면 연소가 끝난 이후에는 그 물체의 무게가 가벼워져야 맞는 거 아닌가라고 하지에는이 연소라는 과정을 면밀하게 분석한 끝에 정반대의 설명을 제시했습니다 연소 과정에서 플로지스톤이 방출되는게 아니라 오히려 공기가 물체 흡수된다는 거예요 이런 주장은 우리 사람의 직관에 따르면 이해가 아예 안 돼요 나무에 불을 붙이면은 빛과 열이 방출되면서 연기까지 피오르잖아요 아무리 봐도 나무 안에서 뭔가가 빠져나가는 거 같죠 반대로 라부아지의 설명대로 연소되는 물체가 공기 중에서 뭔가를 빨아들인다는 설명은 우리 인간의 직관과 상식에 위배되어 하지만 라보아즈에는 상식을 거부하고 실험적 증거만을 따름으로써 완전히 다른 결론에 도달했습니다 러버즈에는 왜 갑자기 플로지스톤 이론을 거부하고 공기가 물체 흡수되면서 연소가 일어난다고 주장했을까요 자 이걸 알려면 장로교회 목사이자 영국의 자연철학자 조지프 프리스틸리의 연구 성과를 알아야 됩니다 조지프 프리스틀리는 양조장 옆에 살면서 공기와 화학을 연구했습니다 그는 맥주가 발효되는 과정에서 생기는 이산화탄소를 연구했고 프리스틀리는 이산화탄소를 이용해서 거품이 나는 음료 즉 최초의 탄산음료를 제조했습니다이 프리스틀리 목사님의 은총 덕분에 우리가 지금 콜라든 사이다든 마실 수 있게 된 거예요 할렐루야죠 몇 년 후 프리스틀리는 햇빛을 거대 렌즈로 모아서 레드 칼크스라는 광물의 쪼였는데요 이때 광물은 아주 밝은 빛을 방출하면서 맹렬하게 타올랐고 그 과정에서 새로운 종류의 공기가 만들어졌습니다 프리스틀리는이 공기를 모아서 유리병에 갇힌 쥐한테 주입했는데 아니 이럴 수가 새로 만들어진 공기를 주입했더니 주의 수명이 보통 놈들보다 내 배나 늘었다고 이 엄청난 발견의 프리스톨리는 공기를 직접 마셔보게 이릅니다 그리고 나서는 실험 일지에 이렇게 적었죠 3공기를 마셨을 때 첫 느낌은 다른 공기를 마셨을 때 하고 별반 다르지 않았다 그러나 약간의 시간이 지나자 가슴이 이전보다 가볍고 편안해지는 것을 느꼈다이 순수한 공기가 세상에 알려지면 사람들에게 큰 인기를 끌 것 같다 누가 알겠는가 지금까지이 공기를 마셔본 생명체는 쥐 두 마리와 나밖에 없다 프리스틀리는 자신이 발견한이 기적의 공기를 탈 플로지스톤 공기라고 불렀습니다 새로 발견한이 공기가 일반적인 공기보다 플로지스톤 함유량이 적어서이 새로운 공기를 들이마셨을 때 기분이 좋아진다고 생각했기 때문이죠 또 프리스틀리는이 새로운 공기가 플로지스톤을 효과적으로 흡수하기 때문에 촛불을 더 오래 타게 하고 주위의 수명을 늘려준다고 생각했습니다 그의 10월 프리스틀리는 파리로 여행을 비롯한 여러 학자들을 만났는데요 프리스틀리의 연구결과를 전해들은 라부아지에는 완전히 다른 결론에 도달합니다 프리스틀리가 발견한 것은 타이플로지스톤 공기가 아니라 연료와 결합하여 연소를 일으키는 기체일 것이요 나는 이것을 산소라고 부르겠소 또 부른 기본 원서라는 사원 소설의 주장은 틀렸으며 클로지스톤은 나이에 존재하지도 않을 것이요 또 라부아지에는 양초가 타는 원리를 설명했습니다 양초에 불을 붙이면 양초의 연료라고 할 수 있는 파라핀이 산수하고 결합 연소되면서 이산화탄소를 방출한다는 거죠 러버즈는 한 단계 더 나아가서 동물의 호흡이 양초와 비슷하다는 걸 증명했습니다 아니 동물의 호흡이 양초와 같다 이게 도대체 무슨 소리일까요 덩어리 음식을 먹으면 그 소개 함유된 탄소가 몸속에 산소와 결합 이산화탄소를 방출할 것이요이 가설을 입증하기 위해서 라부하 얼음을 채운 커다란 용기 속에 기니피그가 들어있는 양동이를 집어넣은 다음 얼음이 녹는 속도를 측정했습니다 기니피그의 체온이 얼음을 녹인다면 용기 바닥에 물이 생기고이 물의 양을 측정한다면 기니피그의 생명 활동에서 방출된 열량을 알 수 있다는 거죠이는 곧 기니피그가 음식을 태워서 열을 만들어 냈다는 증거입니다 라부아재의 업적은 하나 더 있어요 영국의 화학적 해본 dc가 가연성 공기를 발견했거든요 그런데 이것의 정체가 뭔지는 몰랐어요 과학자들은이 공기를 갔다가 이래저래 실험을 진행했는데이 가연성 공기하고 산소가 만나면 물이 된다는 사실을 깨달았습니다 라부아지에는이 현상을 두고 이렇게 주장했죠 물은 아주 오래전부터 사원 소설의 기본 원소였어 그런데이 개번대 씨가 발견한 가연성 공기와 프리스틀리가 발견한 잔소가 만나면 물이 생겨나지 않소 즉 물은이 가연성 공기와 산소로 분리될 수도 있다는 것 아니요 그렇다면 물은 더 이상 기본 물질이 아닙니다 그리고 나 라부아지에는 개번 dc가 발견한 가연성 공기를 수소라고 부르겠소 저렇게 아버지가 사원 소설의 물 그리고 불을 연달아 개박살을 내버리니까 사원 소설에 기반을 둔 연금술사나 화학자들뿐만 아니라 거의 대부분의 과학자들이 라부아제에를 공격했어요 심지어 산소를 발견한 프리스틀리조차도 물이 기본 원소가 아니라는 라부아지의 말을 믿지 못했고 프리스틀리는 죽는 날까지 플로지스톤 이론에 매달렸습니다 자 이렇게 과학자들이 라부아지의 말을 안 믿어주다 보니까 라부아지의 입장에서는 확실한 증거가 필요하겠죠 마침내 그는 물이 기본 원소가 아니라는 것을 증명하기 위해서 1785년 자신의 연구실에서 개최된 공개 실험에서 물을 산수화 수소로 분리시키는 과정을 보여주는데 성공했습니다 아니 이럴 수가 물 정말로 물은 기본 원소가 아니었단 얘기군요 이걸로 사원 소설은 완전히 끝장난거 아닙니까라고 하지의 주장대로 물은 산소와 수소로 분리되고 공기는 여러 기체의 혼합물이고 불은 연료와 산소가 결합하는 과정에서 나타난 부산물이 맞았습니다 1785년 라부아지의 공개 실험 직후 기존의 화학 이론은 완전히 폐기됐죠 그리고 라부아지에는 지금까지 연구한 화학을 집대성 곽사의 길이 남을 명적 황 원론을 1789년 출간했습니다이 책에는 화학 원소에 대한 개념과 함께 산소와 수소 질소 등 총 33종의 원소가 소개돼 있는데요 너무나도 논리정연했기 때문에 일부 완고한 반대론자들 빼고 대부분의 학자들 사이에서 폭발적인 반향을 불러일으켰습니다 이것이 바로 라부아지에의 화학 혁명이자 라부아즈의 화학 혁명은 과학 너무나도 중요한 사건이에요 라부아지의 이전에는 원소의 존재도 몰랐구요 그 개념조차 없었거든요이 세상에 근본이 되는 물질이 도대체 뭔지 그 실마리를 바로 라부아제가 찾은 거죠 그리고이 라부아지의 연구가 화학뿐만 아니라 돌턴의 원자설부터 현대 양자역학까지 테크트리가 쭉쭉 연결되는 거예요 자 이렇게 지금까지 화학 혁명을 일으킨 과학자 라부아지의 이야기였습니다 오늘의 모든 이야기는 도서 다정한 물리학에 소개돼 있는데요이 책에는 우주 만물의 기원을 찾아가는 여정이 쉽고 아주 재밌게 담겨있어요 미국의 천체물리학자 칼세이건은 이렇게 말했습니다 아무것도 없는 무의 상태에서 사과 파일을 만들려면 먼저 우주부터 만들어야 한다 이게 도대체 무슨 말일까요 사과파이는 그냥 밀가루 반죽하고 사과만 있으면 만들 수 있는 아주 간단한 간식인 것 같지만 사과 파이는 사실 그 이상의 존재라는 겁니다 사과 파일을 끝없이 확대하면 원자들이 보이죠이 수천 조개의 원자들은 빅뱅과 별에 진화 과정에서 또 초신성 폭발 과정에서 탄생했습니다 즉 사과파이 조리법의 근본부터 알고 싶다면 우리는 사과 파일을 구성하는 원자부터 이해해야 되고 그것을 이해하려면 우주의 탄생과 별의 진화 과정까지 알아야 된다는 거죠 거대한 요정에 다정한 물리학은 지구와 우주 곳곳으로 독자들을 초대합니다 또 다정한 물리학은 고대 그리스의 사원 소설 돌턴의 원자설 아인슈타인의 광자효과 그리고 양자역학을 발전시킨 물리학자들 초대형 입자가속기까지 원자를 이해하고 발전시킨 수많은 과학자들이 이야기를 우리에게 들려줍니다 그리고이 모든 이야기는 결국 사과파이 만드는 법으로 연결되죠 자 이렇게 오늘의 도서 다정한 물약 과외관심이 있는 우리 부엉이들에게 추천드리고요 저는 아주 오랜만에 물질의 기원을 찾아가는 역사를 아주 재밌게 풀어가는 책을 찾아서 즐거웠습니다 자 그럼 저는 다음에 또 다른 컨텐츠로 돌아오도록 하겠고요 그럼 지금까지 리뷰엉이었습니다 [음악]