2017년 1학기 과학사 – 과학사 총설 과학과 산업 - 라부아지에와 화학혁명.

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1 2017년 1학기 과학사 – 과학사 총설 과학과 산업 - 라부아지에와 화학혁명

2 플로지스톤설 초기 화학이론에서 모든 연소성 물질을 부분적으로 구성 한다고 하는 가상적인 불을 주장하는 원리
독일의 화학자 베허는 아리스토텔레스가 주장한 4원소설을 자신이 믿고 있던 연금술에 대응하여 수정 - 기본 물질로 물과 기타 3종류의 흙을 주장 - 3종류의 흙: 가용성(fusibility)을 의미하는 terra lapidea, 유동성이나 휘발성을 의미하는 terra fluida, 기름이나 연소를 의미하는 terra pinguis - 1679년 제자인 슈탈은 그 중 기름성분의 흙을 '플로지스톤' (그리스어로 불타는 것)으로 명명하고, 물질이 타기 위하여 필요한 기본입자라고 주장

3 이후 플로지스톤에 기반한 플로지스톤 학설은 당시에
발견되었던 많은 화학현상을 설명하기 위하여 사용 또한 종교적 교의의 '혼'의 개념과 4원소설로 대표되는 민간의 연금술과 일맥상통하는 면 때문에 대중에게도 널리 믿어졌음 그러나 화학현상들을 설명하는 과정에서 설명하기 힘든 현상들을 설명하기 위하여 무리한 가정들을 추가하였으 며, 그 과정에서 모순을 느낀 학자들이 플로지스톤 설에 대하여 의문을 제기하기 시작 결국 1783년 프랑스의 화학자 라부아지에에 의하여 플로지스톤은 존재하지 않음이 실험적으로 증명

4 기체화학의 형성 18세기 화학이론의 발전은 완만, 오류가 많았지만, 실험 실에서의 발견이 잇달음
- 이유: 정량적 방법의 중요성이 확실하게 인식됨으로써 무기화학분야에서 중요한 발견이 이어짐 영국을 중심으로 기체화학이 발전하여 화학발전의 걸림 돌인 화학의 장애물(4원소설, 연금술, 플로지스톤설)이 제거되었기 때문 기체 연구는 고대 시작, 중세는 연구가 거의 없었고,(화 학의 목표를 연금술에 둠), 근대에 와서 연구방법의 개혁 과 함께 크게 진전

5 기체연구의 선구자 반 헬몬트 62파운드의 숯을 가열하면 단지 1파운드의 재만이 남는다 는 것을 발견하고 61파운드의 '이산화탄소'기체가 탈출하 였다고 추론 기체라는 용어를 만들고 기체가 새로운 종류의 물질이라 는 것을 인식한 사람, 기체 화학의 선구자 기체란 확실한 모양이나 부피가 없고, 무한히 팽창하는 무 형의 물질로 정의 그 외 이산화탄소, 염소, 아황산가스, 산화질소 등 기록

6 17세기 식물은 성장은 흙에서 비롯된다고 생각: 이에 대해 새로 운 실험을 한 반 헬몬트 헬몬트는 2kg 정도의 버드나무
그리고 규칙적으로 물을 주면서 5년을 키운다. 나무가지의 무게는 75kg 이 된 반면 흙은 57g 만 줄어들었다. = 나무를 구성하는 물질이 흙에서 온 것이 아니라 물에서 온 것이라는 결론을 내림 헬몬트의 실험은 당시 사람들이 가지고 있던 잘못된 생각을 깨 우치는 데 도움이 되었지만 그의 실험은 완벽했던 것은 아니다. 지금은 나무를 구성하는데 소요되는 것이 물과 흙 뿐만이 아니 라 공기, 즉 탄소라는 것을 알게 되었지만 당시로는 그것까지는 미처 알 수 없었던 것이다.(보일과 근대과학참조) <출처:

7 블랙과 이산화탄소 이산화탄소 발견 - 염기성 탄산마그네슘을 가열하는 실험에서 보통의 공기와는 다른 이산화탄소 발견
- 이산화탄소가 다른 물질과 결합해서 생긴 고체, 즉 탄산염 중에 항상 이산화탄소가 고정되어 있으므로 이를 “고정공기”라고 부름 블랙과 이산화탄소 연구의 의의 1) 실험적, 정량적 연구 도입 2) 기체의 신비성 제거 - 하나의 독립된 연구분야로 확립 3) 공기의 원소성 부인 4) 다른 기체의 발견을 예상

8 러더퍼드와 질소 어떻게 발견하였나? - 1772년 프리스틀리(영)는 연소와 관련된 실험들을 함
- 그는 일정량의 공기 중에서 숯을 태우면 그 공기의 약 1/5이 소모 되면서 이산화탄소가 만들어지고, 나머지 4/5는 연소와 관련이 없다는 것을 발견 - 바로 연소와 관련이 없는 이 기체가 질소  - 1777년 셸레(스웨)도 공기가 두 종류의 기체로 구성되어 있음을 발견  - 그러나 1772년 러더퍼드가 질소의 발견(플로지스톤화 공기)을 처음으 로 발표 - 이 때문에 질소의 최초 발견자는 러더퍼드로 인정  질소라는 이름이 붙게 된 이유 - 1789년 라부아지에에 의해서 처음으로 이름이 붙여짐  - 호흡과 관련이 없다는 뜻에서 ‘생명을 지속한다’는 뜻에 부정을 뜻하는 접두사 a를 붙여 ‘azote'라 불렀음 - 즉 ‘생명 유지에 필요하지 않다’는 뜻 [출처] 질소의 발견과 존재|작성자 창공

9 캐번디시와 수소 수소 기체는 16세기 초에 산과 금속의 반응을 통해 처음 으로 인공적으로 생산
년, 헨리 캐번디시는 수소 기체가 단일 물질이 라는 사실을 인지 라부아지에는 수소에 불을 붙이면 물이 생성된다는 사실 에 주목하여 이 물질에 ‘물을 만드는 것’이라는 의미의 ‘수소’(hydrogen, 水素)라는 이름을 붙임

10 1774년 수은을 산화시켜 얻은 산화수소에 열을 가하여
프리스톨리와 산소 1774년 수은을 산화시켜 얻은 산화수소에 열을 가하여 산소를 얻음 탈 플로지스톤이라 부름(수년 후 라부아지에에 의해서 처음으로 산소라 이름이 붙여짐) 불운한 화학자 셸레 1771년, 산화제이수은이나 이산화망간을 가열하여 연소 나 호흡을 촉진시키는 “불의 공기”(산소) 발견 1772년, 연소나 호흡을 도울 수 없는 “게으른 공기”(질소) 를 얻는데 성공 논문 출판이 늦어져 1777년에야 발표

11 라부아지에와 화학혁명 물질이 탈 때 생성되는 기체의 무게를 고려한 정확한
실험을 통해 종이나 금속이 타는 것은 그 물질이 산소와 반응하는 현상임을 밝혀냄 물을 실험적으로 분해하여 산소를 얻었으며 이렇게 분해한 산소는 더 이상 분해할 수 없었음: 실험적으로 더 이상 분해할 수 없는 물질의 성분을 원소라고 함

12 라부아지에의 주장 1) 종이의 연소현상 - 연금술사: 종이가 탈 때 플로지스톤이 빠져나가는 것
- 라부아지에: 종이가 타면 수증기와 이산화탄소로 변하여 날아가는 것 2) 금속의 연소현상 - 연금술사: 금속이 탈 때는 음의 질량을 갖는 플로지스톤이 빠져 나가기 때문에 질량이 커지는 것 - 라부아지에: 금속이 탈 때에도 산소와 결합하기 때문에 질량이 커지는 것 3) 산화수은의 감소한 질량 - 프리스틀리: 산화수은이 분해될 때 발생하는 기체는 플로지스톤이 매우 부족한 기체. 이 기체 속에서는 양초에 있는 플로지스톤이 아주 활발하게 빠져 나감 - 라부아지에: 산소는 산화수은을 분해할 때 생긴 순수한 기체일 뿐

13 새로운 원소표 원소표: 1789년 라부아지에가 33종의 원소를 원소표로 나타낸 것
원소표: 1789년 라부아지에가 33종의 원소를 원소표로 나타낸 것 당시에 할 수 있는 모든 실험 방법을 통하여 더 이상 간 단한 물질로 분해되지 않는 것을 원소로 보고 새로운 방 법에 의하여 분해되기 전까지는 화합물로 보지 않았음 대부분 그대로 원소로 인정되고 있으나 오늘날 일부는   원소가 아닌 것이 밝혀 졌다. 예를 들어 산화칼슘은 1808 년 영국의 화학자 데이비에 의해 칼슘과 산소로 분해되 었음 

14 라부아지에의 원소표 <

15 멘델레예프: 라부아지에의 화학혁명 100년 후, 원소의 체계화

16 질량불변의 법칙 물질이 연소하는 현상은 연료와 산소가 결합하는 반응이 고 금속이 녹스는 것은 금속과 산소가 반응하는 결과임
이러한 화학변화가 일어나기 전후의 물질의 질량을 화학 천칭을 사용하여 비교해 본 결과 화학반응에서는 반응 전 물질의 전체 질량과 반응 후 생성물질의 전체 질량은 같다.

17 라부아지에의 업적 1) 질량보존의 법칙 화깁 2) 플로지스톤설이 잘못되었음을 주장 3) 물의 조성을 알아냈다.
4) 연소이론을 새롭게 정립 5) 호흡현상규명 6) 원소를 정의하고 원소표 만듦

18 멘델레예프의 주기율표 <iframe width="560" height="315" src=" lljgqPU" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>