이산화탄소를 발견한 화학자 조지프 블랙의 생애와 업적

이산화탄소

◈ 조지프 블랙(Joseph Black)의 생애와 업적

화학자이자 물리학자로 이산화탄소를 발견하고, 열 개념 연구로 기체의 성질을 연구한 최초의 과학자이자 잠열과 비열이라는 개념을 제시하여 열의 전달과 상태변화 과정에 대한 이해를 높여 열역학의 발전에 중요한 기여를 한 조지프 블랙에 대하여 알아보려 한다.

1. 생애

조지프 블랙은 1728년 프랑스 보르도에서 태어났다. 가정에서 부모님의 영향으로 프랑스어와 영어 두 언어를 사용하며 자라 언어에 능통하였고, 블랙 가문은 대대로 상업활동을 하여 경제적 어려움이 없었다. 아버지는 스코틀랜드 출신의 와인 상인으로 12살이 되던 해에 블랙은 영국 스코틀랜드 에버단에 있는 문법학교에 다니며 이곳에서 라틴어와 그리스어를 배우고, 고전학문을 공부했다. 그의 아버지는 자신의 뒤를 이어 상인이 되기를 바랐지만 조지프 블랙은 과학분야에 큰 흥미를 느꼈다.

 

18세가 되던 해에는 글래스고 대학교에 입학하였고 그곳에서 철학과 수학을 공부하였으나 의학으로 전공을 바꿨다. 그는 당시의 유명한 화학자인 윌리엄 컬런의 강의를 들으며 화학분야에 관심을 가지기 시작했다. 조지프 블랙은 윌리엄 컬런과의 긴밀한 관계를 이어가며 그의 조교로써 연구에 동참하였다. 에든버러 대학교로 이동하여 의학을 전공하게 된다. 하지만 그는 에든버러 대학에서 화학자로서의 단계를 밟아가기 시작했는데 이곳에서 자신의 첫 연구인 고정공기실험을 진행했다. 이 실험으로 그는 이산화탄소를 발견하였고 이 발견이 그의 삶에서 가장 중요한 연구성과로 남게 되었다.

 

블랙은 1799년 에든버러에서 생을 마감하였다. 그의 연구는 라부아지에와 같은 과학작들에게 영감을 주어 화학의 혁신을 이끌어내는데 큰 역할을 하였다. 그의 연구는 열역학과 가스 화학의 발전에 크게 기여를 하였다.

 

2. 업적

2-1. 고정공기(이산화탄소)의 발견

1754년 그는 마그네슘 카보네이트와 같은 탄산염은 산과 반응하게 되면 고정공기를 방출한다는 사실을 발견하였다. 이 실험으로 그는 이 기체가 공기의 일부가 아닌 화합물에 포함된 독립된 물질이라는 것을 증명한 것이다. 처음 고정공기라 불렸던 이 실험의 결과는 후에 이산화탄소라는 명칭을 가지게 된다. 처음 그는 박사 학위 논문을 위해 실험을 시작하였는데 목적은 탄산칼슘과 탄산마그네슘 같은 탄산염으로 결석치료에 쓰일 신약을 개발하기 위함이었다.

 

그는 탄산염이 주요 성분인 석회석을 가열하거나 산화시킬 때에 반응을 살피던 도중 반응 전과 후에 생성된 물질의 무게를 측정하였고, 그 실험에서 무게가 바뀌었다는 것을 발견하여 빠져나간 것이 눈에 보이지 않는 기체라는 것을 알게 되었다. 그는 그 기체를 포집하여 여러 가지 실험을 진행하였는데, 이것으로 각 기체의 특성을 알게 되었다. 그는 이 실험결과를 1754년 논문으로 제출하여 1756년 출판하였다. 이로 인해 공기 중에 수많은 기체가 포함되어 있다는 사실을 많은 사람들이 알게 되었고, 이산화탄소의 발견은 기존의 공기에 대한 개념을 바꾸고 그가 실행한 정량적 실험방법 즉, 실험의 확실한 물증을 얻기 위해서는 제대로 된 저울이 필요하다는 중요성을 깨닫게 되는 계기가 되었다.

2-2. 잠열과 비열의 개념을 발견

그는 증기기관을 발명한 제임스 와트와의 실험에서 물질이 상태 변화를 일으킬 때에 온도가 일정하게 유지된다는 사실을 관찰하였다. 얼음이 녹아 물이 되거나 물이 증발하여 수증기가 될 때에 온도변화가 일어나지 않는다는 점에서 물질이 고체와 액체, 액체와 기체 사이에서 상태변화를 일으킬 때 흡수하거나 방출하는 열인 잠열과, 물질의 온도를 1도 올리는 데 필요한 열량인 비열을 발견하였고, 이것이 각각의 물질마다 서로 다르다는 것을 밝혀내었다. 후에 이것은 열역학의 법칙에 아주 중요한 이론이 된다.

2-3. 의학과 교육에서의 역할

블랙은 글래스고 대학교에서 화학교수로 임명받았다. 이후 그는 에든버러 대학교로 옮겨 의학과 화학을 가르쳤는데 그는 교수로서 뛰어난 능력을 발휘하여 많은 학생들에게 감명을 주는 교수였고, 그가 진행한 많은 실험으로 자신의 이론을 증명하는 것을 아주 중요하게 생각하여 자신의 지식을 실험을 통해 명확히 하여 많은 제자들을 양성시켰다.