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화학 13, 폰 훔볼트와 가이 루삭

서울오픈스테이지 2022. 5. 10. 01:34

돌턴뿐만 아니라 다른 화학자들도 '다양한 비율의 법칙'이라는 화학 조합의 법칙을 발견했습니다. 하나의 요소인 A가 다른 하나의 요소인 B와 결합하여 둘 이상의 화합물을 형성할 때, 두 화합물에서 B의 결합 질량 사이에는 단순한 비율이 있다. 예를 들어 탄소와 산소는 함께 결합하여 일산화 탄소와 이산화 탄소를 형성합니다. 이산화 탄소의 결합된 산소의 무게는 일산화 탄소의 결합된 산소의 무게의 두배입니다. 이 법칙은 돌턴의 원자 이론에서 좋은 설명을 찾아냈는데, 그 이유는 탄소의 원자가 일산화 탄소, CO의 산소 원자 하나와 결합되었고 산소 원자가 이산화 탄소의 원자 하나와 결합되었다는 것을 암시했기 때문입니다.

화학적 결합에 대한 또 다른 법칙을 생각해 보세요. 하지만 처음에는 돌턴의 이론에 의해 설명되지 않았던 법칙을 생각해 보세요. 1809년, AlexandervonHumboldt와 JosephLouisGay-Lussac은 수증기가 수소와 산소의 반응으로 형성되었을 때 소비된 수소의 양이 산소의 거의 두 배이다는 것을 발견했다. 게다가, 형성된 수증기의 양은 수소 결합의 양과 거의 같았다.

이러한 종류의 행동은 또한 함께 결합하는 다른 기체에도 적용되는 것으로 밝혀져, 폰 훔볼트와 Gay-Lussac이 다음과 같이 결론을 내릴 수 있었다.

화학 반응과 가스 생성물로 들어가는 가스의 양은 작은 정수의 비율이다.

이 새로운 화학 법칙은 돌턴의 새로운 원자 이론에 대한 주요한 도전을 제시했습니다. 돌턴에 따르면 어떤 원자도 절대적으로 분리될 수 없지만, 이 법은 관련된 가스들의 분리될 수 없는 원자들의 가정 하에서 해석될 수 없었다. 산소 원자가 분리될 때만이 수소와 산소 사이에서 위의 반응이 두개의 수소 원자와 하나의 산소 사이에서 일어날 수 있다.

이 퍼즐에 대한 해결책은 이탈리아의 물리학자 AmedeoAvogadro가 그것이 오히려 하나의 규조성 분자와 결합하는 두개의 수소 분자라는 것을 깨달았을 때 나왔다. 아무도 이 가스들이 두개의 원소가 결합되어 규조체 분자를 형성한다고 생각하지 않았다. 이 분자들은 두개의 원자로 구성되어 있기 때문에, 원자 자체가 아니라 분리될 수 있는 분자였습니다. 돌턴의 이론과 원자의 불확정성은 여전히 유지될 수 있었고, 같은 원소의 두 원자로 구성된 규조성 가스 분자의 존재를 가정함으로써, 폰 훔볼트와 Gay-Lussac의 새로운 법칙도 설명될 수 있었습니다.

수소와 산소의 반응은 두개의 수소 이온 분자가 네개의 원자를 형성하기 위해 분해되는 반면 한개의 산소 분자는 두개의 산소 원자를 형성하기 위해 분해되는 것이었다. 그러면 수증기 분자 두개, 즉 H2O가 형성되어 문제의 6개 원자를 모두 설명하게 될 것이다. 이 모든 것은 사후 판단에 있어서 매우 단순해 보이지만, 규조체 분자가 급진적인 생각을 나타내고 물 분자의 공식이 알려져 있지 않다는 것을 고려할 때, 방정식이 이렇게 간단하다는 것은 놀랄 일이 아니다.

그것이 완전히 이해되기까지 약 50년이 걸렸다.

하지만 이상한 역사적인 반전으로, 돌턴 자신은 같은 원소의 어떤 두 원자도 서로를 밀어내야 하고 결과적으로 그들은 결코 규조성 분자를 형성할 수 없다고 굳게 믿었기 때문에 규조성 분자의 생각을 받아들이기를 거부했습니다. 원자와 비슷한 두개의 화학적 결합에 대한 생각은 새로운 것이었고 특히 원자가 어떻게 행동해야 하는지에 대해 꽤 정교하게 보는 달튼과 같은사람에게 익숙해지는 데시간이 걸렸다. 한편, 아보가드로와 같은 누군가는 두개의 원자가 서로 밀어낸다는 생각에 방해 받지 않으면서 앞으로 나아가서 해부학적 분자를 상정할 수 있었습니다. 사실 오늘날 우리가 아는 바와 같이, 그것들은 그렇지 않습니다.

아보가드로의 규조성 분자 형성에 대한 생각도 앙드레 앰페르에 의해 독자적으로 도달했고, 그 후 전류의 단위라는 이름이 붙여졌다. 그러나 이 중요한 발견은 시실리에 살았던 또 다른 이탈리아인 스타니슬라오 칸니자로에 의해 마침내 다시 발견될 때까지 약 50년 동안 휴면기에 있었습니다.