아메데오 아보가드로

1.1. 출생 및 초기 생애

아보가드로는 1776년 8월 9일 이탈리아 피에몬테주 토리노에서 태어났다. 그의 가족은 사르데냐 왕국의 귀족 가문으로, 아버지는 법률가이자 의회 의원으로 활동했다. 이러한 배경 속에서 아보가드로는 어린 시절부터 학문적 환경에 노출되었다.

1.2. 교육

아보가드로는 토리노 대학교에서 법학과 철학을 공부했으며, 1796년 20세 또는 21세의 나이에 교회법 분야에서 박사 학위를 취득하며 법률가로서의 공식적인 교육 과정을 마쳤다. 이후 그는 법률가로 활동하는 동시에 1800년경부터는 수학과 물리학에 관심을 가지고 독학으로 연구를 시작했다.

1.3. 초기 경력 및 학문 활동

법학 박사 학위를 취득한 후 아보가드로는 몇 년간 변호사로 활동하며 법률 사무소를 운영했다. 하지만 그의 과학에 대한 열정은 식지 않았다. 1803년에는 토리노 과학 아카데미에 전기공학에 관한 첫 논문을 제출하며 과학계에 발을 들였다. 이어서 1806년에는 토리노 대학교의 조교수로 임명되었고, 1809년에는 그의 가족이 거주하며 재산을 소유하고 있던 베르첼리의 왕립 리체오(고등학교)에서 자연 철학 교수로 부임하여 물리학과 수학을 가르치기 시작했다. 1811년, 그는 자신의 가설을 담은 중요한 논문인 '물질의 기본 입자의 상대적 질량과 이들의 결합비를 결정하는 하나의 방법'(Essai d'une manière de déterminer les masses relatives des molécules élémentaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons_{에세 뒤네 마니에르 드 데테르미네 레 마스 렐라티브 데 몰레퀼 엘레망테르 데 코르 에 레 프로포르시옹 슬롱 레켈 엘 앙트르 당 세 콩비네종}^프랑스어)을 프랑스 저널인 '물리학, 화학 및 자연사 저널'(Journal de Physique, de Chimie et d'Histoire naturelle_{주르날 드 피지크, 드 시미 에 디스투아르 나튀렐}^프랑스어)에 발표했다.

1.4. 교수 활동

1820년, 아보가드로는 토리노 대학교의 물리학 교수가 되었다. 토리노는 당시 비토리오 에마누엘레 1세가 통치하는 복원된 사르데냐 왕국의 수도였다. 1821년 3월에 발생한 피에몬테 혁명 운동에 적극적으로 참여한 결과, 그는 1823년에 교수직을 잃게 되었다. 대학 측은 공식적으로 "이 흥미로운 과학자가 힘든 교육 업무에서 벗어나 연구에 더 잘 전념할 수 있도록 매우 기쁘게 휴식을 허락했다"고 발표했으나, 사실상 정치적 이유로 인한 해임이었다. 이후 그는 소액의 연금을 받으며 변호사 사무실을 다시 열고 과학 실험을 계속했다. 1833년, 그는 다시 토리노 대학교로 복귀하여 수리물리학 교수로 1850년까지 20년간 더 가르쳤다. 토리노 대학교에서 그는 전기, 모세관 현상, 비열, 열팽창 등의 연구를 진행했다.

1.5. 정치적 활동 및 공직

아보가드로는 1821년 3월 비토리오 에마누엘레 1세 국왕에 대항하는 혁명 운동에 적극적으로 참여했다. 이로 인해 그는 교수직을 잠시 잃기도 했다. 그러나 1848년 카를로 알베르토 국왕이 알베르토 헌장(Statuto Albertino_{스타투토 알베르티노}^{이탈리아어})을 제정하며 헌법을 부여하기 훨씬 이전에 그는 대학으로 복귀할 수 있었다. 그는 또한 통계학, 기상학, 도량형과 관련된 공직을 맡았으며, 피에몬테에 미터법을 도입하는 데 기여했다. 그는 공교육 최고 평의회 위원이기도 했다. 일부 역사학자들은 그가 카를로 알베르토 국왕의 헌법 발표로 중단된 일부 사르데냐 혁명가들을 후원했다고 주장한다.

1.6. 개인 생활

아보가드로의 사생활에 대해서는 잘 알려져 있지 않지만, 그의 삶은 검소하고 종교적이었던 것으로 보인다. 그는 펠리치타 마체(Felicita Mazzé_{펠리치타 마체}^{이탈리아어})와 결혼하여 여섯 명의 자녀를 두었다. 그는 외국어에 능통하여 많은 논문을 프랑스어로 작성했다. 그러나 생전에는 다른 화학자들과의 교류가 소극적이었고, 자신의 연구를 스스로 인용하는 경향이 있어 국내외적으로 크게 알려지지 않았다.

1.7. 사망

아보가드로는 1850년 토리노 대학교 교수직에서 은퇴했으며, 1856년 7월 9일 80세의 나이로 토리노에서 사망했다. 그의 업적이 과학계에서 제대로 재평가되고 인정받게 된 것은 그가 사망한 지 4년 뒤인 1860년의 일이었다.

2.1. 아보가드로의 법칙

아보가드로의 법칙은 그가 가장 널리 알려진 업적으로, "같은 온도와 같은 압력 하에서 같은 부피의 모든 기체는 같은 수의 분자를 포함한다"는 내용을 담고 있다. 이 법칙은 실제로 이상 기체에 한해서 성립한다.

그는 1808년 조제프 루이 게이뤼삭이 기체 반응의 법칙을 발표한 후 이 가설을 발전시켰다. 게이뤼삭의 법칙은 반응하는 기체의 부피가 항상 간단한 정수비로 나타난다는 것을 보여주었으며, 이는 입자 수 또한 간단한 정수 비를 이룰 것이라는 예측을 가능하게 했다. 아보가드로가 해결해야 할 가장 큰 문제는 당시 원자와 분자에 대한 혼란스러운 개념을 명확히 구분하는 것이었다. 그의 가장 중요한 기여 중 하나는 원자와 분자를 명확히 구별한 것으로, 기체가 분자로 구성되어 있으며 이 분자들이 원자로 구성되어 있다고 주장했다. 예를 들어, 존 돌턴은 이러한 가능성을 고려하지 않았다. 아보가드로는 실제로 '원자'라는 단어를 사용하지 않았는데, 당시에는 '원자'와 '분자'라는 단어가 거의 구분 없이 사용되었기 때문이다. 그는 '기본 분자'(오늘날의 '원자')를 포함하여 세 종류의 '분자'가 있다고 믿었다. 또한 그는 무게와 구별되는 질량의 정의에 더 많은 관심을 기울였다.

아보가드로의 법칙은 당시의 원자설과 모순되는 것처럼 보일 수 있었다. 예를 들어, 수소 2부피와 산소 1부피가 결합하여 물 2부피가 생성되는 반응을 현대적으로 표기하면 다음과 같다.
:2H₂ + O₂ → 2H₂O
그러나 당시 돌턴의 원자설에 기초하면 다음과 같이 표기되었는데, 이 식에서의 입자 수 비는 아보가드로의 설명과 일치하지 않았다.
:H + O → HO
아보가드로는 이 문제를 해결하기 위해 홑원소물질의 입자가 단일 입자로 되어 있지 않다고 주장하며, 수소, 산소, 질소 등의 기체가 이원자분자 상태로 존재한다고 제안했다. 그는 1811년에 물, 질산, 아질산, 암모니아, 일산화 탄소, 염화 수소의 올바른 분자식을 제시했으며, 1814년에는 이산화 탄소, 이황화 탄소, 이산화 황, 황화 수소의 분자식을 제시했다. 이 외에도 그는 자신의 법칙을 금속에도 적용하여 17종류의 금속의 원자량을 계산하기도 했다.

아보가드로의 법칙은 오늘날 이상 기체의 계산에 기초가 된다는 점에서 큰 의의를 가지며, 입자 개수의 계산이 중요한 학문 분야에서 기체를 활용할 수 있다는 아이디어를 제공했다고 평가된다. 예를 들어, 0 °C와 1.013×10⁵ Pa에서 1몰의 기체(약 6.0221×10²³개)는 종류에 관계없이 22.414 L의 부피를 차지한다.

2.2. 아보가드로 상수

아보가드로의 분자 이론에 대한 기여를 기리기 위해, 한 물질의 몰당 분자 수는 아보가드로 상수 (N_A)라고 명명되었다. 이 상수는 정확히 6.02214076×10²³ mol^-1이다. 아보가드로 상수는 화학 반응의 결과를 계산하는 데 사용되며, 화학자들이 주어진 반응에서 생성되는 물질의 양을 매우 정확하게 결정할 수 있도록 해준다. 요한 요제프 로슈미트는 한 몰에 들어있는 입자의 수인 아보가드로 상수의 값을 처음으로 계산했으며, 독일어권 국가에서는 때때로 이를 로슈미트 수라고 부르기도 한다(현재 로슈미트 상수는 다른 의미를 가진다).

2.3. 주요 저술

아보가드로는 그의 과학적 발견과 이론을 여러 중요한 논문과 저서를 통해 발표했다.

• 《물질의 기본 입자의 상대적 질량 및 이들의 결합비를 결정하는 하나의 방법》(Essai d'une manière de déterminer les masses relatives des molécules élémentaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons_{에세 뒤네 마니에르 드 데테르미네 레 마스 렐라티브 데 몰레퀼 엘레망테르 데 코르 에 레 프로포르시옹 슬롱 레켈 엘 앙트르 당 세 콩비네종}^프랑스어): 1811년에 발표된 이 논문은 아보가드로의 가설을 담고 있으며, 그의 가장 유명한 업적인 아보가드로의 법칙의 기초가 되었다.
• 《단순 물질의 분자 상대 질량, 또는 그 기체의 추정 밀도, 그리고 그 화합물 중 일부의 구성에 대한 비망록》(Mémoire sur les masses relatives des molécules des corps simples, ou densités présumées de leur gaz, et sur la constitution de quelques-uns de leur composés, pour servir de suite à l'Essai sur le même sujet, publié dans le Journal de Physique, juillet 1811_{메무아르 쉬르 레 마스 렐라티브 데 몰레퀼 데 코르 심플, 오 댕시테 프레쥐메 드 뢰르 가즈, 에 쉬르 라 콩스티튀시옹 드 켈크욍 드 뢰르 콩포제, 푸르 세르비르 드 쉬트 아 레세 쉬르 르 멤 쉬제, 퓌블리에 당 르 주르날 드 피지크, 쥘리에 1811}^프랑스어): 1815년에 발표된 이 논문은 1811년 논문의 후속작으로, 기체 밀도에 대한 내용을 다루었다.
• 《결합에서 결정된 비율 이론과 물질 분자 질량 결정에 대한 새로운 고찰》(Nouvelles considérations sur la théorie des proportions déterminées dans les combinaisons, et sur la détermination des masses des molécules des corps_{누벨 콩시데라시옹 쉬르 라 테오리 데 프로포르시옹 데테르미네 당 레 콩비네종, 에 쉬르 라 데테르미나시옹 데 마스 데 몰레퀼 데 코르}^프랑스어): 1821년에 발표된 또 다른 중요한 논문이다.
• 《결정된 비율의 일반 법칙에 따라 유기 화합물을 환원하는 방법에 대한 비망록》(Mémoire sur la manière de ramener les composès organiques aux lois ordinaires des proportions déterminées_{메무아르 쉬르 라 마니에르 드 라므네 레 콩포제 오르가니크 오 루아 오르디네르 데 프로포르시옹 데테르미네}^프랑스어): 1821년 논문 직후에 발표되었다.
• 《가중 물질의 물리학, 또는 물질의 물리적 구성에 대한 논문》(Fisica dei corpi ponderabili, ossia Trattato della costituzione materiale de' corpi_{피시카 데이 코르피 폰데라빌리, 오시아 트라타토 델라 코스티투치오네 마테리알레 데 코르피}^{이탈리아어}): 1841년에 4권으로 출판된 그의 주요 저서이다.

2.4. 기타 연구 분야

아보가드로는 기체 연구 외에도 다양한 과학 분야에 관심을 가졌다. 그는 전기, 액체의 증류, 비열, 모세관 현상, 원자의 부피, 열팽창 등에 대한 많은 논문을 썼다. 또한 공직 활동의 일환으로 통계학, 기상학, 도량형 분야에서도 연구를 수행하며 피에몬테에 미터법을 도입하는 데 기여했다. 이러한 다방면의 연구는 그의 폭넓은 학문적 지평을 보여준다.

3.1. 초기 수용 및 무시

아보가드로의 가설은 1811년 발표되었을 때 과학계로부터 큰 관심을 받지 못했으며, 즉시 받아들여지지도 않았다. 그의 논문은 법률가 출신이라는 배경 때문에 문체가 난해하여 이해하기 어려웠다는 평가도 있었다. 또한 그는 다른 화학자들과의 교류에 소극적이었고, 자신의 연구를 스스로 인용하는 경향이 있어 국내외적으로 크게 알려지지 않는 원인이 되었다. 앙드레마리 앙페르 또한 3년 뒤인 1813년에 매우 유사한 이론을 제안했지만, 그의 이론 역시 아보가드로의 이론과 마찬가지로 무시되었다. 일부 무기 물질에 대한 관련 실험에서 겉보기에 모순되는 결과가 나타나기도 하여 아보가드로의 법칙 수용을 더욱 어렵게 만들었다.

3.2. 재평가와 인정

아보가드로의 업적은 그의 사망 4년 후인 1860년에 이르러서야 스타니슬라오 칸니차로에 의해 재조명되고 인정받기 시작했다. 칸니차로는 1858년 자신의 논문 '제노바 대학교에於ける化學理論講義概要'(Sunto di un corso di filosofia chimica fatto nella Reale Universita di Genova_{순토 디 운 코르소 디 필로소피아 키미카 파토 넬라 레알레 우니베르시타 디 제노바}^{이탈리아어})를 발표하고, 1860년 카를스루에 국제화학자회의에서 아보가드로의 법칙에 대한 연구 결과를 발표함으로써 그의 이론이 주목받게 했다. 칸니차로는 기체의 분자 해리 현상으로 인해 특정 온도에서 예외가 발생할 수 있음을 설명했으며, 아보가드로의 법칙이 분자 질량뿐만 아니라 원자 질량까지 결정한다는 사실을 밝혀냈다.

샤를 프레데리크 게르하르트와 오귀스트 로랑의 유기화학 연구를 통해서도 아보가드로의 법칙이 왜 같은 양의 분자가 같은 부피를 가지는지 설명할 수 있음이 입증되었다. 1857년 루돌프 클라우지우스가 제안한 기체 분자 운동론은 아보가드로의 법칙에 대한 추가적인 증거를 제공했으며, 야코뷔스 헨드리퀴스 판트 호프는 아보가드로의 이론이 묽은 용액에서도 유효함을 보여주었다.

1911년 토리노에서 아보가드로의 1811년 고전 논문 발표 100주년을 기념하는 회의가 열렸으며, 비토리오 에마누엘레 3세 국왕이 참석하여 아보가드로의 화학에 대한 위대한 공헌이 공식적으로 인정받았다.

4.1. 과학 발전에 대한 기여

아보가드로는 원자-분자 이론의 창시자로 칭송받는다. 그의 법칙과 원자 및 분자의 명확한 구분은 화학과 물리학의 기초를 다지는 데 결정적인 역할을 했다. 특히 기체 내 입자 수 계산의 중요성을 강조하고 이를 가능하게 하는 아이디어를 제공함으로써, 화학량론과 기체 법칙에 대한 이해를 심화시켰다. 그의 업적은 후대 과학자들이 물질의 구성과 반응을 이해하는 데 필수적인 토대가 되었다.

4.2. 기념 및 추모

아보가드로의 업적을 기리기 위해 여러 가지 기념물과 명칭이 제정되었다.

• 아보가드로 상수: 한 몰에 포함된 입자의 수를 나타내는 상수로, 그의 이름을 따서 명명되었다.
• 아보가드로석: 그의 이름을 딴 광물이다.
• 아보가드로 (달 분화구): 달에 있는 분화구 중 하나가 그의 이름을 따서 명명되었다.