[일반화학 1] 1 : 화학의 시작과 원자론의 탄생 - 1 (고대 원소설 ~ 연금술)

 

 

오늘날 우리는 물질이 원자로 이루어져 있다는 사실을 너무도 당연하게 받아들여요. 스마트폰도, 물 한 잔도, 우리 몸도 모두 원자로 구성되어 있다는 이야기를 초등학교 때부터 듣기 때문이죠.

그런데 인류는 아주 오랜 시간 동안 물질의 정체를 전혀 다르게 생각했어요. 원자라는 개념이 등장하기 전에는 세상을 이루는 가장 기본적인 요소가 무엇인지에 대해 철학자들이 다양한 의견을 내놓았고, 그 과정이 수천 년 동안 이어졌죠.

일반화학을 배우기 전에 먼저 알아야 하는 것은 화학이 단순히 실험실에서 만들어진 학문이 아니라는 점이에요. 화학은 인간이 "세상은 무엇으로 이루어져 있는가?"라는 질문에 답을 찾기 위해 오랫동안 고민해 온 역사와 함께 발전해 왔거든요.

 

네 가지 원소로 세상을 설명하려 했던 사람들

 

 

고대 그리스의 철학자 엠페도클레스는 세상의 모든 물질이 네 가지 기본 요소로 이루어져 있다고 생각했어요.

바로 물, 불, 흙, 공기였죠.

 

그는 이 네 가지 원소가 서로 섞이고 분리되면서 우리가 보는 다양한 물질이 만들어진다고 설명했어요. 나무가 자라고, 돌이 생기고, 동물이 살아가는 모든 현상을 네 가지 원소의 조합으로 이해하려 했던 거에요.

지금 기준으로 보면 과학적이라고 말하기는 어렵지만, 당시에는 상당히 설득력 있는 설명이었어요. 실제로 물질의 상태를 관찰해 보면 물이나 불, 공기 같은 요소들이 자연 현상에 매우 중요한 역할을 하는 것처럼 보였기 때문이죠.

또한 어떤 물질이 다른 물질로 변할 수 있다는 생각도 함께 존재했어요. 훗날 연금술이 발전하게 되는 배경 가운데 하나도 이런 사고방식이었어요.

 

반응형

원자라는 생각은 이미 2500년 전에 등장했다

 

한편 데모크리토스는 완전히 다른 관점을 제시했어요.

 

그는 물질을 계속 잘라 나가면 결국 더 이상 나눌 수 없는 단계에 도달할 것이라고 생각했어요. 그리고 그 가장 작은 단위를 "아토모스(Atomos)"라고 불렀죠.

아토모스는 문자 그대로 "더 이상 쪼갤 수 없는 것"이라는 뜻이에요.

데모크리토스는 세상이 원자와 진공으로 이루어져 있다고 주장했어요. 우리가 보는 물체는 눈에 보이지 않는 수많은 원자들이 특정한 방식으로 배열된 결과라는 것이죠.

흥미로운 점은 그가 감각 자체도 원자의 배열에서 비롯된다고 생각했다는 거예요.

예를 들어 사탕이 달게 느껴지는 이유는 사탕이라는 물체가 특별한 성질을 가지고 있어서가 아니라, 사탕을 이루는 원자들이 특정한 방식으로 배열되어 우리의 감각기관과 상호작용하기 때문이라고 설명했어요.

놀랍게도 이 생각은 현대 과학의 관점에서 봐도 상당히 근접한 부분이 있어요. 물론 당시에는 실험으로 증명할 방법이 없었지만, 원자 개념 자체는 이미 이 시기에 등장했던 셈이죠.

 

아리스토텔레스가 지배한 시대

하지만 데모크리토스의 생각은 오랫동안 주류가 되지 못했어요.

그 이유 중 하나는 아리스토텔레스의 영향력이 너무 컸기 때문이에요.

아리스토텔레스는 엠페도클레스의 네 원소설을 계승하면서 여기에 다섯 번째 원소를 추가했어요. 그것이 바로 에테르였죠.

그는 지상의 모든 물질은 물, 불, 공기, 흙으로 이루어져 있지만 하늘의 별과 천체는 완전하고 변하지 않는 에테르로 이루어져 있다고 생각했어요.

아리스토텔레스의 철학은 이후 중세 유럽 사회 전반에 엄청난 영향을 미쳤고, 원자설보다 훨씬 더 오랫동안 받아들여졌어요. 결과적으로 원자에 대한 연구는 수천 년 동안 크게 발전하지 못하게 되었죠.

 

연금술은 실패한 과학이었을까?

중세 시대에 들어서면서 사람들의 관심은 물질의 기본 단위보다 물질의 변환에 집중되기 시작했어요.

 

대표적인 것이 연금술이에요.

연금술사들은 값싼 금속을 금으로 바꾸거나, 영생의 비밀을 찾으려는 시도를 했어요. 현대적인 관점에서는 비과학적으로 보이지만, 실제로 연금술은 화학 발전에 상당한 기여를 했어요.

여러 금속 원소들이 발견되었고, 염산이나 질산, 황산 같은 중요한 물질들도 이 시기에 알려졌어요.

또한 정제, 용해, 가열, 발효, 침전과 같은 다양한 실험 기법들이 발전했죠.

문제는 연금술이 과학이 갖추어야 할 핵심 요소를 충족하지 못했다는 점이에요.

실험 방법을 정확히 기록하지 않았고, 결과를 객관적으로 공유하지도 않았어요. 같은 실험을 다른 사람이 반복해서 검증하는 것도 사실상 불가능했죠.

오늘날 과학에서는 누가 실험하더라도 같은 조건이면 비슷한 결과가 나와야 해요. 하지만 연금술은 개인의 비밀 기술처럼 취급되었기 때문에 체계적인 이론으로 발전하기 어려웠어요.

 

화학이 과학이 되기 직전

흥미로운 점은 연금술이 실패했다고 해서 의미가 없었던 것은 아니라는 거예요.

오히려 수백 년 동안 축적된 실험 경험이 이후 화학 혁명의 밑바탕이 되었어요.

사람들은 금속을 가열하고, 액체를 분리하고, 새로운 물질을 만들어내면서 점점 더 정확한 관찰과 측정의 중요성을 깨닫기 시작했죠.

그리고 17세기에 들어서면서 화학은 철학의 영역을 벗어나 실험과 측정을 기반으로 하는 학문으로 변화하기 시작해요.

다음 글에서는 공기라는 물질을 연구하던 과학자들이 어떻게 현대 화학의 문을 열게 되었는지, 그리고 산소와 이산화탄소가 발견되면서 세상을 바라보는 방식이 어떻게 바뀌었는지 알아보려고 해요. 기체 연구가 왜 화학 혁명의 출발점이 되었는지도 함께 살펴보도록 할게요.