근대 원자론 기초를 확립한 화학의 아버지 ‘존 돌턴’ [인포그래픽_세계인물편]

[시선뉴스 조재휘/디자인 이연선]

▶존 돌턴 (John Dalton)
▶출생-사망 / 1766.09.06. ~ 1844.07.27.
▶국적 / 영국
▶활동분야 / 과학(물리, 화학, 기상)

라부아지에와 더불어 근대 화학의 아버지로 불리는 화학자이자 물리학자인 돌턴.

- 어릴 때부터 시작된 과학에 대한 관심
돌턴은 1766년 잉글랜드의 퀘이커교도였던 직공의 아들로 태어났으며 어린 시절부터 기상 관측에 흥미를 느꼈다. 그는 겨우 12세 때 컴벌랜드에 있는 한 퀘이커 학교의 관리를 떠맡았으며 2년 뒤 켄들에 있는 학교로 옮겨 그의 형과 함께 학생들을 가르쳤다. 1781년부터 기상 관측을 시작한 그는 자연 과학 연구의 길로 들어섰는데 퀘이커교를 굳게 믿으며 항상 욕구를 절제하고 규칙적으로 생활하며 단정한 옷차림과 경건한 몸가짐을 흐트러뜨리지 않았다.

- 기상학에 대한 돌턴의 관심
돌턴은 유능한 기상학자이자 기구 제작자였던 부유한 한 퀘이커교도의 영향을 받아 수학과 기상학에 관심을 가졌다. 그러다 1787년, 그는 오로라를 보고 이 현상을 관측하기 시작하여 그의 독자적인 생각을 나타낸 북극 오로라에 대한 글을 썼다. 1793년 대기의 고도, 무역풍의 원인, 구름의 안전성, 오로라와 지자기의 관계 등 대기 현상에 관한 새로운 견해를 발표했으며 수증기 및 대기의 조성에 관해서도 관심을 가져 1799년에는 이슬점의 결정, 강우, 유수​, 증발의 물 순환론에 관해 연구했다. 1801년에는 동종입자의 반발이라는 가설에 따른 대기의 혼합기체설, 그리고 혼합기체의 압력은 성분기체 압력의 합과 같다는 부분압력의 법칙을 처음 주장했다.

-날카로운 직관으로 시작한 화학연구
돌턴은 그의 이름을 딴 ‘돌턴의 법칙’으로 알려진 기체분압법칙을 정립했다. 기체분압법칙은 혼합기체의 총 압력은 그 혼합기체를 이루고 있는 각 기체의 압력을 모두 합한 것과 같으며, 각 기체는 독립적으로 작용한다는 것이다. 그리고 실험을 통해 온도가 올라감에 따라 기체의 부피는 늘어난다는 이론을 세웠는데 이 법칙은 이후 샤를의 법칙으로 설명되었다. 1802년에 탄산가스의 수용성에 주목하여 친구인 헨리로 하여금 헨리의 법칙을 발견하도록 유도했고, 1803년에는'이종기체의 용해도의 차이는 궁극입자의 중량과 수에 의한다'라고 생각하여 사상 최초로 원자량 측정을 시도했다.

- 돌턴의 원자설
만물은 쪼개면 더 이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 알맹이인 원자가 남는다는 유명한 이론이다. 돌턴은 홑원소 물질 개념을 기초로 홑원소 물질의 원자 개념에 도달했다. 각각의 홑원소 물질에서 고유의 크기, 무게를 가진 원자 결합에 의한 화합물의 생성을 생각했고, 정량적인 근대적 원자설을 수립했다. 돌턴의 원자설에 의하면 물질을 세분화해 가면 더 분해할 수 없는 원자라고 하는 미립자에 도달하며 동일한 원소의 원자는 질량이나 성질이 모두 일정하다. 그리고 홑원소물질의 원자는 이를 새로 만들 수도 없고 파괴할 수도 없으며, 화합물에서 그 원자는 일정한 정수 개의 성분 원소의 원자가 모여서 만들어진 복원자로 이루어져 있다. 이를 이용하면 화학량론의 여러 법칙을 매우 간단히 설명할 수 있었다.

돌턴은 과학연구에 헌신했고 독자적인 방법으로 접근했다. 그리고 다른 과학 문헌들의 도움을 받지 않았다는 점에서 사실과 생각을 종합하는 작업에서 위대함을 보였다. 그는 결혼도 하지 않은 채 오직 과학적 문제들을 해결하려는 연구에만 전념하다 맨체스터에서 서민적인 학자로서 일생을 마쳤다.

현재 돌턴의 원자론은 수정되어야 할 부분들이 존재한다. 하지만 원자라는 개념을 이해하고 설명하는 데 있어 돌턴의 원자설은 매우 중요하다. 돌턴의 업적은 이후 원자에 관한 연구가 활발히 이루어지는 데에도 큰 역할을 했다고 평가된다.