◈ 길버트 뉴턴 루이스(Gilbert Newton Lewis)의 생애와 업적
미국의 화학자로 화학 결합 이론과 열역학 분야의 혁신을 이끌고, 루이스 점자구조(Lewis dot structure)와 공유결합 이론으로 화학 결합의 본질을 설명한 과학자이자 물리학과 생물학에도 큰 영향을 주었으나 뛰어난 업적에도 불구하고 노벨상을 수상하지 못하고 사고 세상을 떠난 길버트 뉴턴 루이스의 생애와 업적에 대해 알아보려 한다.
1. 생애
길버트 뉴턴 루이스는 미국 매사추세츠주 웨이머스에서 태어났다. 어린 시절부터 학문에 뛰어난 재증을 보인 그는 1893년 하버드 대학교에 입학하였고 화학을 전공했다. 루이스는 학사 학위를 받은 뒤 바로 이어 석사 과정에 진학했고ㅡ 화학 미 물리학의 기초를 심도 있게 연구했다. 1899년에는 박사 학위를 취득했으며, 이후 유럽으로 건너가 라이프치히와 함께 괴팅헌에서 유학을 하며 물리화학에 대한 연구를 계속해서 이어 나갔다.
1904년 루이스는 메사추세츠 공과대학교에서 강사로 경력을 시작한 그는 1912년 캘리포니아 대학교 버클리 갬퍼스에 교수로 임용된다. 그곳에서 그는 화학부를 맡아 화학 이론의 발전을 위해 많은 연구를 수행했으며, 그의 이름을 딴 여러 이론과 개념을 정리했다.
1946년 길버트 뉴턴 루이스는 UC버클리의 실험실에서 사고로 인해 사망하였다. 그는 실험 중 시안화수소 가스를 흡입한 채 발견되었고, 그의 사망 원인은 명확히 밝혀지지 않았다. 그러나 그의 죽음 이후에도 루이스의 업적은 현재까지도 화학연구와 교육에 많은 영향을 미치고 있다.
2. 업적
2-1. 루이스 점자 구조와 공유 결합 이론
길버트 루이스는 1916년에 발표한 논문에서 화학 결합의 성질을 설명하기 위해 루이스 점자구조를 도입했다. 이 구조는 원자의 전자를 점으로 표시하여 원자가 전자의 배열과 화학 결합을 시각적으로 이해하는 것에 매우 혁신적인 도구가 되었다. 이를 통해 원자가 갖는 제일 바깥껍질의 개수인 최외각전자 수가 8개가 될 때에 안정해진다. 이러한 화학 규칙을 옥텟 규칙이라고 말한다. 그러나 이 규칙은 이온결합만 있는 것이 아니었으므로 산화 이온의 결합에 대해 설명하기 위해 각각의 원자가 서로 전자를 공유하여 8개를 만들어 안정화된다는 것을 밝혀 공유 결합의 개념을 구체화하여 화학 결합 이론의 기초를 마련하였다.
2-2. 루이스 산-염기 이론
루이스는 산과 염기를 전통적인 수소 이온의 교환으로 설명하던 브뢴스테드-로우리 이론을 확장하였다. 전자쌍의 이동이라는 새로운 관점에서 설명했다. 그의 산-염기 이론은 현대 화학에서 널리 사용되며 유기화학 및 무기 화학의 반응 메커니즘을 이해하는데 필수적인 요소로 자리 잡게 되었다.
2-3. 열역학과 중수소 연구
루이스는 화학 열역학에도 큰 기여를 했다. 그는 열역학적 속성을 수량화하고, 화학반응의 자유 에너지와 엔트로피 변화를 설명하는 것에 중요한 공식을 개발했다. 1933년 수소의 동위원소인 중수소를 최초로 발견하였으며, 이 발견으로 인해 핵화학과 생화학 분야에서 중요한 역할을 하게 되었다.
길버트 루이스는 현대 화학에 끼친 많은 공로에도 불구하고 노벨 화학상을 받지 못한 대표적인 과학자 중 한 명이다. 그는 40여 차례나 노벨상 수상 후보에 올랐지만 한 번도 수상하지 못한 반면에 그의 제자들은 노벨상을 수상하였고 루이스의 논문에 영감을 받은 과학자 랭뮤어까지도 노벨상을 수상하였지만 그는 끝까지 노벨상을 수상하지 못했다. 그는 많은 이론 정립과 화학 연구의 틀을 완전히 바꾼 발견들로 많은 영향을 주었지만, 그의 고집스러운 성격 등이 수상에 방해가 되었던 것으로 알려져 있다. 그러나 그는 현대 화학의 기초를 마련한 선구자로 그의 연구는 오늘날에도 널리 활용되고 있다. 루이스 접자 구조와 공유 결합 이론은 화학 교과서에서 기본 개념으로 다뤄지고 있으며, 열역학과 동위원소 연구는 물리화학과 핵화학의 발전을 이끌어냈다. 그의 업적은 화학뿐 아니라 다양한 과학 분야에서 오래도록 남을 위대한 유산으로 남겨져 있다.