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원소의 비밀
어머니 무덤 앞에 금메달
“어머니! 드디어 졸업을 했습니다. 그것도 1등으로 말입니다. 금메달도 탔답니다. 어머니, 저의 졸업을 기뻐해주십시오.”
어머니의 무덤 앞에 선 멘델레예프 소년의 눈에서는 한없이 눈물이 흘러내렸고, 그의 눈앞에는 생전의 어머니가 그와 형제들을 위해 애쓰시던 모습이 끝없이 지워지지 않고 떠올랐습니다.
멘델레예프는 1834년 2월 7일, 러시아의 서부 시베리아 지방에 있는 토볼스크라는 곳에서 14형제 중 제일 막내로 태어났습니다.
그의 아버지는 그곳 토볼스크 중학교의 교장이었으며 지방 사람들로부터 많은 존경을 받는 분이었습니다.
매우 인자한 성품의 그의 어머니는 그렇게 많은 자녀들을 한결같이 사랑하며 소중히 키웠습니다. 그 중에서도 특히 멘델레예프는 어머니의 가장 극진한 사랑을 받았습니다.
멘델레예프의 어릴 때 이름은 ‘드미트리’였는데 그의 가족들은 ‘미챠’라는 애칭으로 불렀습니다.
불행하게도 미챠가 10살 되던 해에 아버지는 눈병을 앓아 앞을 보지 못하게 되어 교장직을 물러나게 되었습니다. 그때부터 아버지가 받는 연금만으로 살아가게 되었으니 미챠의 집안은 생활이 점점 어려워져 갔습니다.
생활이 어려워질수록 미챠의 어머니는 ‘하나님이 주신 나의 아이들을 남들보다 더 훌륭하게 키워야 한다.’는 의지를 보여주었습니다.
때마침 미챠의 외가에서 경영하던 유리공장이 문을 닫게 되자 그의 어머니는 곧 공장을 물려받아 여자로서 감당키 어려운 일을 시작했습니다.
유리공장은 날이 갈수록 번창했습니다. 그의 어머니는 남자 못지않게 억척스러웠습니다.
유리공장을 경영하면서부터 미챠는 어머니와 함께 공장을 찾아가 구경할 기회를 종종 가졌습니다. 어린 미챠에게 유리공장은 대단히 신기하게 보였습니다.
규소와 석회암, 탄산나트륨 등이 녹아 있는 노속의 붉은 유리물에서 갖가지 그릇이 만들어지는 과정이 신기하기만 했습니다. 그러는 동안 미챠는 장차 대화학자로 성장할 가능성을 얻어가고 있었던 것이지요.
어머니의 마지막 소원
미챠는 남달리 뛰어난 두뇌를 가지고 있었습니다. 그런데 수학이나 과학은 언제나 1등이었지만 외국어, 특히 라틴어는 조금도 흥미를 갖지 못했습니다.
미챠가 중학교를 졸업하기 2년 전, 그의 집안에는 다시 어두움이 몰려왔습니다. 소경이 된 뒤로 집안에서만 계시던 아버지가 폐결핵을 앓아 돌아가시게 되었고, 뒤따라 누님 한 분이 세상을 떠나고 말았습니다. 불행은 여기서 끝나지 않고 공장에 불까지 나 또 한 차례 생활의 위기가 닥친 것입니다.
온갖 어려움을 당해서도 대나무처럼 버텨온 어머니였지만, 겹친 불행은 어머니의 건강을 해쳐가고 있었습니다. 그런 속에서도 미챠의 어머니는 커다란 마지막 소원을 한 가지 가지고 있었습니다. 미챠를 어떻게 해서든 대학에 보내 그를 훌륭한 학자로 만들어야겠다는 소원이었습니다.
그러나 모스크바와 멀리 떨어져 있는 이곳에서는 대학 공부를 시키기가 불가능했습니다. 생각다 못한 어머니는 드디어 온 가족을 이끌고 고향을 떠나 모스크바로 이사를 했습니다. 당시 미챠의 나이는 16세였습니다. 그러나 미챠는 사투리 때문에 대학에 입학할 수가 없었습니다.
어머니와 미챠에게는 큰 실망이었습니다. 이미 늙고 지친 몸의 어머니였지만 아들을 훌륭히 키워 보겠다는 열의는 조금도 줄지 않았습니다. 어머니는 다시 가족들을 데리고 지금의 레닌그라드인 페테르부르그로 이사를 했습니다.
“미챠야! 넌 여기서 표준말을 부지런히 공부해야 한다. 훌륭한 인물이 되려면 이런 고통쯤은 쉽게 참아내고 이길 수 있어야 한다.”
미챠가 낙심이라도 하여 열등감을 갖게 되지 않을까 염려한 어머니는 하루 바삐 미챠를 입학시키려고 애를 썼습니다.
그의 어머니는 그를 의과대학에 보내려고 했습니다.
그러나 마음이 너무 약했던 미챠는 시체를 보기만 해도 기절을 할 정도였습니다. 결국 미챠는 그의 아버지가 다녔던 페테르부르그 교육대학에 입학을 했습니다.
다행히도 이 학교의 학장은 아버지의 옛 친구였기 때문에 그를 장학생으로 입학시켜 주었습니다.
폐결핵과 싸운 끈덕진 의지
대학에 들어간 멘델레예프는 대학입학이라는 그 꿈같던 기쁨이 사라지기도 전에 하늘이 무너지는 아픔을 겪어야 했습니다. 입학한 지 몇 개월 만에 어머니가 세상을 떠나게 된 것입니다.
“내 아들 미챠야, 내가 네게 바란 가장 큰 소원은 네가 훌륭한 학자가 되는 것이었다. 언제까지나 너와 함께 지내고 싶지만···. 미챠! 그러나 외로워해서는 안 된다. 어머니는 이제 하늘나라에서 네 장래를 위해 기도할 테다. 넌 언제나 말보다 행동을 앞세우는 사람이 되어야한다. 참을성을 갖고 네 모든 정력을 부지런히 공부하고 연구하는 데 쏟기를 바란다.”
그토록 사랑하던 막내아들의 손을 쥔 채 어머니는 세상을 떠났습니다. 미챠의 눈앞은 캄캄했습니다. 견딜 수 없는 슬픔이 밀어닥친 것입니다. 그로부터 며칠 사이에 그는 극도로 건강을 해치고 말았습니다.
아버지의 죽음보다도 누나의 죽음보다도, 어머니의 죽음은 그에게 충격이었습니다.
멘델레예프는 어릴 때부터 몸이 약한 데다 어머니를 잃은 후 더욱 쇠약해졌고, 더군다나 기숙사 생활을 하면서 무리하게 공부를 한 것이 원인이 되어 결국 폐결핵에 걸리고 말았습니다.
그래도 그는 자기의 건강을 조금도 생각지 않고 공부에만 전념하다가 졸업 논문을 쓸 때에 와서는 생명이 위험한 지경에까지 이르렀습니다.
멘델레예프가 피를 토한다는 소문은 온 학교에 퍼졌고, 의사들은 그대로 가다간 6개월밖에 살지 못할 것이라는 주의를 주었습니다. 그러나 그는 친구들의 수군거림이나 의사의 충고를 귀담아 듣지 않고 여전히 밤늦도록 공부만 했습니다.
“멘델레예프 군! 세상에서 가장 귀중한 것은 자기의 건강이라네. 자넨 어떡하려고 그러나? 따뜻한 남쪽의 키예프에 가서 요양을 좀 하도록 하게.”
보다 못한 학장은 아버지와 같이 자상하고 간절하게 충고를 했지만 멘델레예프는 고집불통이었습니다.
“감사합니다, 학장님. 의사의 말씀은 무시하는 것은 아닙니다만 전 저의 건강에 대하여 자신을 가지고 있습니다. 아무리 늦도록 공부를 해도 말입니다.”
1885년, 그는 당당히 1등으로 졸업을 하면서 금메달을 받게 되었습니다. 강한 의지 앞에 폐결핵도 굴복하고 만 것입니다.
건강 회복, 연구에 열중
대학을 졸업하자 그는 요양을 겸하여 따뜻한 크림 지방의 오데사라는 곳으로 중학교 과학 교사가 되어 갔습니다.
그곳에서 2년을 보내는 사이에 그의 건강은 거의 회복되었습니다. 다시 그는 페테르부르그로 돌아와 대학의 강사가 되어, 화학에 대하여 깊은 연구를 하기 시작했습니다.
멘델레예프는 러시아를 떠나 외국으로 가서 공부를 해야겠다는 생각을 갖게 되었습니다. 그것은 러시아의 과학 수준이 유럽의 다른 나라에 비해 뒤떨어졌기 때문입니다.
그의 실력과 능력을 인정한 러시아 정부에서는 그를 2년 동안 국비로 외국에 나가 공부할 수 있도록 해 주었습니다.
프랑스로 간 그는 르뇨우라는 유명한 화학자와 함께 연구생활을 했고, 독일의 하이델베르크에서는 분광기와 ‘분젠 버어너’를 발명한 유명한 분젠과 함께 연구를 했습니다.
독일에서 유학을 하고 있던 1860년, 그곳의 카를스루우에서 국제 화학자 회의가 열렸습니다. 좋은 기회라고 생각한 당시 26세의 멘델레예프는 그 회의에 참석하여 이탈리아의 유명한 화학자 칸닛자로의 연구 발표를 듣게 되었습니다. 그것은 원자와 분자를 설명하는 새로운 학설이었는데 바로 멘델레예프가 평소에 생각하던 그것이었습니다. 더군다나 이 학설은 모든 화학자들에게 큰 관심을 불러 일으켰습니다.
“자연계의 모든 물질은 원자로 구성되어 있다. 이 원자들은 처음에 분자라고 하는 작은 알갱이를 이루고, 이 분자가 모여 물질을 이루게 된다.”
멘델레예프는 자기의 생각이 다른 세계 과학자들보다 앞섰다는 사실을 알게 된 것입니다.
다음해인 1861년 러시아로 돌아온 그는 『유기화학 교과서』라는 책을 저술했고, 화학 분야에 있어서는 누구도 그를 따를 수 없을 만큼 공부와 연구를 계속했습니다.
31세가 되던 1865년에는 알코올과 물의 화합에 관한 논문으로 박사학위를 받았으며, 2년 뒤 그는 그렇게도 바라던 소원을 이루었습니다. 그것은 또 어머니의 마지막 소원이기도 했던 것입니다. 그가 페테르부르그 대학의 화학 교수가 된 것입니다. 이 학교는 러시아에서 가장 역사가 깊은 대학으로서 이곳의 교수가 된다는 것은 대단히 명예스러운 것이었습니다.
그는 마음속으로 ‘이 명예에 보답하기 위해 나의 최선을 다해 보자.’는 결심을 했습니다. 그는 산더미처럼 책과 잡지, 노트들을 쌓아 놓고 강의 준비를 시작했습니다. 세상에 알려진 화학에 대한 지식은 모두 독파하고 그것들을 정리하여 강의 자료로 만들었습니다.
이상하게도 공부를 하면 할수록 화학의 기초를 강의한다는 것이 어렵다는 것을 알게 되었고, 그 원인이 어디 있는가를 생각하게 되었습니다.
그는 ‘어떻게 하면 화학을 계통적으로 정리할 수 있을까’라는 고심 끝에 원소라는 것을 확실하게 설명할 수 있어야 한다는 것을 알게 되었습니다.
멘델레예프의 강의는 처음부터 대단한 인기를 얻었습니다. 사자처럼 덥수룩하게 길러 내린 머리카락과 마음속을 뚫어 보는듯한 예리한 그의 눈이 학생들에게 강렬한 인상을 준 것입니다.
그의 강의실은 언제나 초만원을 이루었습니다. 강의가 너무나 유명하여 법률이나 역사, 의학 등을 전공하는 학생들까지 밀어닥쳤으며, 심지어 다른 학교의 학생들까지 찾아왔던 것입니다.
원소란 무엇일까?
수소, 산소, 질소, 탄소··· 이러한 것들은 모두 원소의 이름입니다. 금, 은, 구리, 철, 납, 주석 등도 모두 원소입니다. 니켈, 알루미늄, 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 리튬, 우라늄과 같은 것들도 모두 원소입니다. 이렇게 원소에는 여러 가지가 있습니다.
원소들 중에는 기체인 것도 있고 액체인 것도 있으며 단단한 고체도 있습니다. 빛깔이 있는 것, 없는 것, 그리고 눈이 부시게 반짝이는 것도 있습니다.
단단한 결정으로 된 것도 있고, 부드러운 것도 있으며, 혀를 찌르는 이상한 맛을 가진 것도 있고, 단맛을 가진 것도 있습니다. 또 대단히 무거운 것이 있는가 하면 아주 가벼운 것도 있습니다. 이와 같이 원소는 여러 종류가 각기 다른 성질을 가지고 있는 것입니다.
그런데 그 무렵의 과학자들은 이 같은 원소들이 가진 성질에 대해서 모르는 것이 너무나 많았습니다. 특히 그때의 과학자들은 ‘원소란 각기 성질이 다른 것으로서 원소들 사이에는 아무런 연관성이 없는 것이다.’라고 생각했던 것입니다.
그래서 그들은 원소들을 배열할 때 아무런 법칙도 없이 일반적으로 산소부터 배열해 나갔습니다. 단지 산소가 세상에 가장 흔하게 분포되어 있다는 이유였습니다.
어떤 학자는 원소들 중에서 가장 가벼운 것이 수소이기 때문에 수소부터 배열해야 한다고 주장하기도 했습니다. 그러나 가장 흔한 것, 가장 가벼운 것 등 이렇게 단순한 이유를 가지고 배열의 순서를 정한다면 철이나 금부터 시작을 해도 좋을 것입니다. 왜냐하면 철은 가장 많이 쓰이는 금속이고, 금은 가장 값진 원소였으니까요.
그러나 멘델레예프는 이러한 무질서한 배열에 도저히 만족할 수가 없었습니다. 그는 『화학의 기초』라는 책을 집필하면서 ‘원소들 사이에 어떤 연관성을 가진 법칙이 있지 않을까?’라는 의문을 가지고 63종류의 원소를 하나하나 관찰해 보았습니다.
멘델레예프가 『화학의 기초』를 집필하고 있을 무렵까지 과학자들은 63종류의 원소를 발견하고 있었을 뿐입니다. 그는 이 63종류의 원소들이 가진 특성을 알아내어 비교해보면 원소들 사이에서 어떤 법칙을 발견하여 질서 정연하게 배열할 수 있을 것이라고 믿었습니다.
‘이 63종류의 원소들은 분명히 어떤 질서 있는 법칙을 가지고 있을 것이다. 그것을 알아내어 질서 있게 배열할 수만 있다면 얼마나 좋을까?’
그러자면 절대로 변하지 않는 어떤 특징을 찾아내야 했습니다.
멘델레예프의 머릿속은 온통 원소의 특징을 찾는 생각으로 가득 찼습니다. 밤낮으로 이런 생각에만 몰두한 끝에 드디어 어떤 생각이 떠올랐습니다.
그 원소의 특징이란 멘델레예프가 이미 알고 있는 것이었고 다른 화학자들도 알고 있는 것이었습니다. 그러나 누구도 그것이 원소의 성질을 결정하는 특징이 될 것이라는 데까지는 생각이 미치지 못했던 것입니다.
그것은 바로 ‘원자량’이라는 것이었습니다. 모든 원소는 제각기 원자량을 가지고 있습니다. 이 원자량은 원소를 어떤 조건 아래 두더라도 변하지 않습니다. 온도를 변화시키거나 어떤 압력을 가한다 해도 결코 변하지 않습니다.
그러면 원소의 원자량이란 무엇이며, 어떻게 정해진 것일까요?
원자량이란 것은 어떤 원소의 원자가 수소의 원자보다 몇 배나 무거운가 하는 것을 숫자로 나타낸 것입니다. 예를 들면 산소의 원자량은 16입니다. 즉, 산소의 원자는 수소의 원자보다 16배 무겁다는 뜻이지요.
또 금의 원자량은 197입니다. 따라서 금의 원소는 수소의 무게보다 무려 197배나 무겁다는 뜻이 됩니다.
63장의 원소 카드 만들어
〈모든 원소가 서로 제각기 다른 성질을 가지고 있는 것은 원자량이 서로 다르기 때문일 것이다.〉
마침내 멘델레예프는 이러한 결론을 내렸습니다. 그는 두꺼운 종이로 63장의 카드를 만들어 1장마다 각기 다른 원소의 이름을 적고 그 원소의 원자량과 특징 등을 적었습니다.
그는 이 카드를 트럼프처럼 책상 위에다 펴놓고 뭔가 규칙을 찾아내려고 애를 썼습니다.
그는 원자량이 제일 적은 것부터 제일 큰 것까지 순서대로 배열을 해 보았습니다. 제일 처음에 수소가 오고 다음에 리튬, 베릴륨, 붕소, 탄소··· 이런 순서로 배열되어가 제일 마지막에 원자량이 238이나 되는 우라늄이 놓였습니다.
이렇게 카드를 차례대로 늘어놓고 들여다보기 몇 시간, 그는 마침내 재미있는 사실을 발견했습니다.
( 이상한데! 하나, 둘, 셋, 넷···일곱. 틀림없이 7번째 마다! 그렇다! )
이상하게도 카드에 써 놓은 원소들은 7번째가 되면 비슷한 성질을 가진 원소들이 있었습니다.
예를 들어 2번째 원소인 리튬은 희고 부드러운 금속인데 공기 중에 놔두면 금방 변하여 회색빛을 띠게 됩니다. 그런데 이 리튬으로부터 7번째에 있는 나트륨 역시 리튬과 비슷하게 흰 빛깔을 가지고 있는 부드러운 원소인 것입니다.
또 나트륨에서 7번째 놓여 있는 칼륨을 보았습니다. 칼륨 또한 리튬이나 나트륨과 비슷한 성질을 가진 원소였습니다.
이 발견으로 하여 멘델레예프는 가장 위대한 과학자 중의 한 사람이 되었던 것입니다.
모든 원소가 7번째마다 비슷한 성질을 갖는다고 생각할 때 그렇게 복잡하게 보이던 물질의 세계는 놀랄 만큼 질서정연하게 만들어져 있다는 것을 알게 되었습니다.
멘델레예프는 카드를 주기에 맞추어 배열해 보았습니다.
=왕연중 엮음, 꾸러기 발명왕, 1989년, 글수레=
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왕연중의 발명소설
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