원자

실재의 본성 자체가 우리의 능력 밖에 있다.  실재를 이해하는 것, 아니 실재를 이해하려고 있는 것은 무엇보다도 우리가 보고 만지고 느끼는 모든 것, 즉 간단히 말해서 우리가 지각하는 모든 것이 무엇으로 이루어져 있는지에 대해서 질문을 던지는 일이다. 아리스토텔레스는 다섯가지 기본원소를 뜻하는 5원소 개념에 오랫동안 집착해 왔다.  물질은 모두가 공기, 흙, 물, 불로 이루어져 있으며,  여기에 해당하지 않는 나머지는 에테르로 이루어져 있다는 이론이다.  더 이상 쪼개지지 않는 그 아주 작은 입자가 바로 물질을 이루는 기본단위가 아니겠는가?  그렇게 탄생한 과학이론은 이후 혁명과 혁명을 거치면서 발전을 거듭해간다. 그리스어로 나눌수 없는 이라는 뜻의 아토모스atomos, 즉 원자atomo에 대한 이론을 두고 하는 이야기다.

 

원자론자들은 물질이 다양한 형태의 입자들로 이루어져 있다고 주장했는데, 그중 특히 유명한 것은 갈고리로 서로 결합한다는 갈고리형 원자였다. 데모트리토스는 원자가 우리 감각으로는 파악하지 못할 정도로 크기가 아주 작으며, 원자와 원자 사이에 빈공간이 있다고 보았다.  중세에는 아리스토텔레스 사상이 교회와 함께 독점적인 영향을 행사했다. 종교 재판의 마지막 희생자들중 한 명으로 유명한 16세기의 이탈리아 철학자 조르다노 브루노가 그 행보의 선두에 선 인물이다. 그는 태양을 태양계의 중심에 놓는 지동설을 지지했으며, 또한 브루노는 모든 물질이 더 이상 나눌 수 없는 기본단위로 이루어져 있다고 보면서 그 단위를 모나드라고 불렀다. 원자의 기본개념을 이야기 한 것이다. 그는 신에 대해서도 최소인 동시에 최대의 존재로서  ‘모든 수의 근원인 모나드’라고 말했다.  모나드는 모든 기하학의 기본인 수학의 점에 대응되는 물리적 존재였고,  이 같은 원자 혹은 모나드의 개념은 철학은 물론 종교와도 불가분의 관계에 있었다.  (모나드는 그리스어에서 하나를 의미하는 모나스monas에서 온 말이다.

 

원자에 대한 이론이 과학사에 당당하게 입성한 것은 18세기 일이다. 고대 그리스 철학자 아낙사고라스가 2500년 전에 이미 내놓은 것이었다.  1775년 프랑스 화학자 앙투안 로랑 드 라부지에가 다음과 같이 진술 한다. “ ...  인공적 반응에서도, 자연적인 반응에서도 새롭게 생성되는 것은 없으며 그러므로 모든 반응에서 물질의 양은 반응 전과 후가 동일한다는 원칙을 세울 수 있다.  물질을 이루는 성분의 질과 양은 언제나 일정하게 유지되며, 상태의 변화만이 있을 뿐이다.”  실제로 라부아지에는 다양한 변환 실험을 통해서  반응에 개입한 원소들의 전체 질량은 원소들 자체의 상태가 크게 변화해도 바뀌지

않는다는 사실을 증명했다.

 

영국의 화학자이자 물리학자인 존 돌턴은 색맹이었다. 1801년 돌턴은 원자에 대한 이론을 내놓았다. 물질은 원자로 이루어져 있고 각각의 원소는 저마다 절대적으로 고유한 성질을 지녔으며 원자들은 서로 결합해서 나무, 물, 공기, 사람의 눈 등과 같은 다양한 조직을 만들수 있다는 것이 그 내용이다. 돌턴의 원자이론은 라부아지에의 질량보존의 법칙을 설명해준다. 돌턴이론은 배수비례의 법칙, 다시 말해 화학반응에서 반응물과 생성물 사이의 비는 정수로 나타난다는 법칙도 설명해준다. 예를 들면 물을 2만큼 끊이면 수소분자 2만큼과 산소 분자 1만큼이 만들어진다는 것이다. 돌턴의 연구는 기체를 이루는 원소들의 질량을 계산하려는 시도로 자연스럽게 이어졌다. 그는 수소의 질량을 1로 놓고, 이를 기준으로 원소들의 상대질량만을 알아보기로 했다. 이후에 원소량이라 불리게 되는 것도 원소 들의 상대질량을 가리킨다.

 

1811년 아메데오 아보가드로가 한가지 가설을 제세했다. 기체는 종류가 다르더라도 부피와 온도, 압력이 같으면 같은 수의 입자를 가진다고 본 것이다. 따라서 부피가 같은 두 기체의 질량을 비교하면 각 기체를 이루는 입자들의 상대적인 질량을 알 수 있다. 아보가드로는 몇몇 기체가 낱낱의 원자로 이루어진 것이 아니라 원자들끼리 결합한 입자로 이루어져 있다는 결론에 이르렀다. 분자다.  일부 학자들은 각 원소에 일정한 물질량을 할당하는 이른바 당량 equivalent이라는 개념을 들고 나왔는데 윌리엄 울러스턴이 그 대표적 인물이다. 울러스턴은 산소를 기준으로  그 질량을 100으로 놓으면서 질량에 따른 원소배열을 시도했고  이로써 러시아 과학자 멘델레예프가 등장할 수 있는 발판을 마련했다.