스반테 아레니우스
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1. 개요
스반테 아레니우스는 스웨덴의 과학자로, 화학과 물리학을 연구하며 전기분해 이론을 발전시키고 아레니우스 방정식을 제안했다. 1903년 노벨 화학상을 수상했으며, 스톡홀름 대학교 총장과 노벨 물리화학연구소 소장을 역임했다. 그는 또한 온실 효과 연구를 통해 대기 중 이산화탄소 증가가 지구 온도를 높일 수 있다는 것을 예측했으며, 활성화 에너지 개념을 정립했다. 아레니우스는 다양한 과학 분야에 관심을 가졌으며, 말년에는 교과서와 대중 서적을 집필했다.
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| 스반테 아레니우스 - [인물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 본명 | 스반테 아우구스트 아레니우스 |
| 출생일 | 1859년 2월 19일 |
| 출생지 | 웁살라 주 비크 성, 스웨덴 |
| 사망일 | 1927년 10월 2일 |
| 사망지 | 스톡홀름, 스웨덴 |
| 로마자 표기 | Svante August Arrhenius |
| 학력 및 경력 | |
| 모교 | 웁살라 대학교 |
| 박사 지도 교수 | 페르 테오도르 클레베 에리크 에드룬드 |
| 박사 과정 학생 | 오스카르 클라인 |
| 소속 | 스톡홀름 대학교 |
| 연구 분야 및 업적 | |
| 연구 분야 | 물리학 화학 |
| 주요 업적 | 온실 효과 계산 아레니우스 식 산-염기 반응 이온 해리 이론 |
| 수상 내역 | |
| 수상 | 데비 메달 (1902년) 노벨 화학상 (1903년) 국제 회원 (1908년) ForMemRS (1910년) 윌러드 기브스상 (1911년) 패러데이 강연상 (1914년) 프랭클린 메달 (1920년) |
2. 생애
스반테 아레니우스는 1876년에 웁살라 대학교에서 수학, 화학, 물리학을 공부한 후 스톡홀름 대학교에서 E. 에드룬드의 지도 아래 전기분해에 대한 연구를 했다. 전기적 현상과 화학적 현상의 원인이 전기물질의 구성 요소에 들어있는 전기적 전하 때문이라는 이론을 발표했다. 1889년에는 아레니우스 방정식을 제안했다.[10] 1903년 노벨 화학상을 수상했다. 만년에는 스톡홀름에 있는 노벨 물리화학연구소에서 연구와 저술에 전념했다. 저서로 《과학적 우주관의 변천》이 있다.
2. 1. 초기 생애 및 교육
스반테 아레니우스는 1859년 2월 19일 웁살라 근처 비크 성에서 태어났다.[9] 그의 아버지는 웁살라 대학교의 측량사였으며, 후에 감독직으로 승진했다. 아레니우스는 세 살 때 부모의 도움 없이 스스로 읽는 법을 익혔고, 아버지가 계산서에 숫자를 더하는 것을 보며 산수 신동이 되었다.여덟 살에 웁살라 대성당 학교에 입학하여 5학년부터 시작했고, 물리학과 수학에서 두각을 나타내어 1876년 최연소이자 가장 능력 있는 학생으로 졸업했다. 1876년에 웁살라 대학교에서 수학, 화학, 물리학을 공부한 후 스톡홀름 대학교에서 E. 에드룬드의 지도 아래 전기분해에 대한 연구를 했다.
2. 2. 이온 이론과 노벨상 수상
1876년에 웁살라 대학교에서 수학, 화학, 물리학을 공부한 후 스톡홀름 대학교에서 E. 에드룬드의 지도 아래 전기분해에 대한 연구를 했다.[10] 전기적 현상과 화학적 현상의 원인은 전기물질의 구성 요소에 들어있는 전기적 전하 때문이라는 이론을 발표했다. 화학과 물리학의 중간 영역에 있던 그의 연구는 화학을 크게 진보시켰고, 1889년에는 아레니우스 방정식을 제안했다.1903년에는 스웨덴인으로서는 처음으로 노벨 화학상을 수상하였다.[11]
그의 연구는 전해질의 전기 전도도에 초점을 맞추었다. 1884년, 이 연구를 바탕으로 그는 전해질 전도도에 관한 150페이지 분량의 논문을 웁살라 대학교에 제출하여 철학박사 학위를 받았다. 클레베를 포함한 교수들은 그의 논문에 감명받지 않았고, 그는 4등급 학위를 받았으나 논문 심사 후 3등급으로 재분류되었다.[11]
아레니우스는 1884년 논문에서 56개의 논제를 제시했는데, 그 대부분은 오늘날에도 변함없이 또는 약간의 수정만으로 받아들여지고 있다. 이 논문에서 가장 중요한 아이디어는 고체 결정질 염이 용해될 때 쌍을 이룬 대전 입자로 해리된다는 사실에 대한 그의 설명이었다. 아레니우스의 설명은 용액을 형성할 때, 염이 여러 해 전에 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 이온이라고 명명한 대전 입자로 해리된다는 것이었다. 패러데이는 이온이 전기 분해 과정에서 생성된다고 믿었는데, 즉 이온을 형성하려면 외부 직류 전원이 필요하다는 것이다. 아레니우스는 전류가 없더라도 수용액에는 이온이 포함되어 있다고 주장했다. 따라서 그는 용액 내의 화학 반응은 이온 사이의 반응이라고 제안했다.[12][13][14]
이 논문은 웁살라 대학교 교수들에게 감명을 주지 못했지만, 아레니우스는 물리화학이라는 새로운 과학을 발전시키고 있던 유럽의 여러 과학자들, 예를 들어 루돌프 클라우지우스(Rudolf Clausius), 빌헬름 오스트발트(Wilhelm Ostwald), 그리고 야코부스 헨리쿠스 판트호프(Jacobus Henricus van 't Hoff)에게 논문을 보냈다. 그들은 훨씬 더 감명을 받았고, 오스트발트는 아레니우스를 설득하여 리가에 있는 자신의 연구팀에 합류하도록 웁살라까지 왔다. 그러나 아레니우스는 아버지가 심하게 병들어 1885년에 사망할 예정이었고, 웁살라에 임용되었기 때문에 당분간 스웨덴-노르웨이에 머물기를 선호하여 거절했다.[12][13][14]
아레니우스는 1884년에 자신의 이온 이론을 확장하여 산과 염기에 대한 정의를 제안했다. 그는 산은 용액에서 수소 이온을 생성하는 물질이고, 염기는 용액에서 수산화 이온을 생성하는 물질이라고 믿었다.
2. 3. 활성화 에너지와 아레니우스 방정식
1889년, 아레니우스는 대부분의 반응이 진행되려면 추가적인 열에너지가 필요한 현상을 설명하기 위해 활성화 에너지 개념을 제시했다. 이는 두 분자가 반응하기 전에 극복해야 하는 에너지 장벽이다. 아레니우스 방정식은 활성화 에너지와 반응 속도 사이의 관계를 정량적으로 나타내는 기초를 제공한다.[45]2. 4. 스톡홀름 대학교 교수 및 노벨 연구소 활동
1891년, 아레니우스는 스톡홀름 대학교(당시 ''Stockholms Högskola'', 현재 스톡홀름 대학교)에서 강사가 되었고, 많은 반대에도 불구하고 1895년 물리학 교수로 승진했으며, 1896년에는 총장이 되었다.[15]1900년경 아레니우스는 노벨 연구소와 노벨상 설립에 참여하게 되었다. 1901년 스웨덴 왕립 과학 아카데미 회원으로 선출되었다. 그는 생애의 남은 기간 동안 물리학 노벨 위원회 위원이자 사실상 화학 노벨 위원회 위원이었다. 그는 자신의 지위를 이용하여 친구들(야코부스 헨리쿠스 반트 호프, 빌헬름 오스트발트, 테오도어 윌리엄 리차즈)에게 상을 주선하고, 적들(파울 에를리히, 발터 네른스트, 드미트리 멘델레예프)에게는 상을 주지 않으려고 시도했다.[15] 1903년 노벨 화학상을 수상한 최초의 스웨덴인이 되었다.
1905년 스톡홀름에 노벨 물리학 연구소가 설립되자 그는 연구소의 총장으로 임명되었고, 1927년 은퇴할 때까지 그 직책에 있었다.[45]
2. 5. 말년
아레니우스는 자신의 이론이 일반적으로 받아들여지자 다른 과학적 주제로 관심을 돌렸다. 1902년 화학 이론을 바탕으로 생리학적 문제를 연구하기 시작했고, 살아있는 유기체와 시험관에서의 반응이 동일한 법칙을 따른다는 것을 알아냈다.[23]1904년 캘리포니아 대학교에서 독소와 항독소 이론 연구에 물리 화학 방법을 적용하는 것을 설명하는 강의를 했고, 1907년 ''면역화학(Immunochemistry)''이라는 제목으로 출판했다.[23] 그는 지질학(빙하기의 기원), 천문학, 물리 우주론, 천체물리학에도 관심을 가져 성간 충돌로 태양계가 탄생했다고 설명했다.
아레니우스는 복사압이 혜성, 태양 코로나, 오로라, 황도광을 설명하는 요인이라고 생각했다. 그는 생명체가 포자 형태로 행성 간에 이동할 수 있다는 범종설을 주장했고, 보편 언어 개념을 생각해 영어 수정을 제안하기도 했다.
1909년, 아레니우스는 "스웨덴 인종 위생 협회(Swedish Society for Racial Hygiene)" 이사로 활동하며 멘델주의를 지지했고, 1910년경에는 피임에 대한 내용에도 기여했다. 그러나 1938년까지 스웨덴에서는 피임 정보 및 판매가 금지되었다. 고든 스타인(Gordon Stein)은 스반테 아레니우스가 무신론자였다고 기록했다.[25][26]
말년에 아레니우스는 교과서와 대중 서적을 집필하며 자신이 연구한 주제에 대한 추가 연구의 필요성을 강조했다. 1927년 9월, 급성 장염으로 쓰러져 10월 2일에 사망했고, 웁살라에 묻혔다.
3. 온실 효과 연구
빙하기를 설명하기 위한 이론을 개발하는 과정에서, 아레니우스는 1896년 대기 중 이산화탄소(CO2) 증가가 온실 효과를 통해 지구 표면 온도를 얼마나 높일 것인지에 대한 추정치를 계산하기 위해 물리 화학의 기본 원리를 처음으로 사용했다.[7][31][32] 이러한 계산을 통해 그는 화석 연료 연소 및 기타 연소 과정에서 인간이 발생시킨 CO2 배출량이 지구 온난화를 일으킬 만큼 크다는 결론을 내렸다. 이 결론은 광범위하게 검증되었으며, 현대 기후 과학의 핵심을 이루고 있다.[33][34] 아레니우스는 이 연구에서 조제프 푸리에, 존 틴달, 클로드 푸이예를 포함한 다른 유명 과학자들의 이전 연구를 바탕으로 했다.
아레니우스는 온실 가스가 빙기와 간빙기 사이의 온도 변화에 대한 설명에 기여할 수 있는지 여부를 결정하고자 했다.[35] 그는 피츠버그의 알레게니 천문대에서 프랭크 워싱턴 베리와 새뮤얼 피어폰트 랭글리가 수행한 달의 적외선 관측 자료를 사용하여 지구 대기 중 CO2와 수증기(H2O)가 얼마나 많은 적외선(열) 복사를 포획하는지 계산했다. 그는 '슈테판의 법칙'(슈테판-볼츠만 법칙)을 사용하여 '규칙'이라고 부르는 것을 공식화했다.
원래 형태의 아레니우스의 규칙은 다음과 같다.
: 탄산의 양이 기하급수적으로 증가하면 온도의 증가는 거의 산술급수적으로 증가한다.
여기서 아레니우스는 CO2를 탄산(현대 용어로는 수용액 형태인 H2CO3만을 의미)이라고 언급한다. 아레니우스의 규칙에 대한 다음 공식은 오늘날에도 여전히 사용되고 있다.[36]
:
여기서 는 연구 대상 기간의 시작(시간 0)에서의 CO2 농도이며( 와 모두에 대해 동일한 농도 단위를 사용하는 경우 어떤 농도 단위를 사용해도 상관없음), 는 연구 대상 기간의 끝에서의 CO2 농도이며, ''ln''은 자연 로그(로그 기저 e), 는 온도의 증가, 즉 지구 표면 가열률의 변화(복사 강제력)이며, 단위는 제곱미터당 와트로 측정된다.[36] 대기 복사 전달 모델의 유도 결과 지구 대기의 CO2에 대한 (알파)는 5.35 (± 10%) W/m2임이 밝혀졌다.[37]
동료인 아르비드 뢰그봄의 정보를 바탕으로,[38] 아레니우스는 화석 연료 연소 및 기타 연소 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량이 지구 온난화를 일으킬 만큼 충분히 크다는 것을 예측한 최초의 사람이었다. 아레니우스는 계산에서 수증기 변화의 피드백과 위도 효과를 포함했지만, 구름, 대기 상승 열 대류 및 기타 필수 요소는 생략했다. 그의 연구는 현재 지구 온난화에 대한 정확한 정량화라기보다는 대기 중 CO2 증가가 다른 모든 조건이 동일하다면 지구 온난화를 일으킬 것이라는 최초의 증명으로 여겨진다.
아레니우스의 CO2 흡수 값과 그의 결론은 1900년 크누트 앵스트롬의 비판을 받았다. 앵스트롬은 두 개의 흡수띠를 가진 CO2의 최초의 현대 적외선 흡수 스펙트럼을 발표하고, 대기 중의 가스에 의한 적외선 복사 흡수가 이미 "포화"되어 더 추가해도 아무런 차이가 없다는 것을 보여주는 실험 결과를 발표했다. 아레니우스는 1901년 (''Annalen der Physik'')에서 강력하게 반박하며 비판을 완전히 일축했다. 그는 1903년 ''Lehrbuch der kosmischen Physik''이라는 제목의 전문 서적에서 이 주제에 대해 간략하게 언급했다. 그는 나중에 일반 독자를 대상으로 한 ''Världarnas utveckling''(1906)(독일어: ''Das Werden der Welten'' [1907], 영어: [https://archive.org/details/worldsinmakinge01arrhgoog ''Worlds in the Making''] [1908])을 저술했는데, 여기서 그는 인간이 배출하는 CO2가 지구가 새로운 빙하기에 진입하는 것을 막을 만큼 강력하며, 급증하는 인구를 먹여 살리려면 더 따뜻한 지구가 필요할 것이라고 제안했다.
아레니우스는 CO2가 반감하면 기온이 4℃에서 5℃ 내려가고, CO2가 배증하면 기온이 5℃에서 6℃ 상승한다고 했다.[48] 1906년의 책에서는 이 값을 1.6℃(수증기에 의한 피드백을 포함하면 2.1℃)로 낮추고 있다. IPCC의 2007년 추산에서는 그 값(기후감도)을 2℃에서 4.5℃로 하고 있다. 아레니우스는 당시 CO2 배출량을 기반으로 증가율을 추산했지만, 그 후 이산화탄소의 증가율은 더욱 가속화되고 있다. 아레니우스는 CO2가 배증하는 데 약 3000년 걸린다고 했지만, 현재는 21세기 중에 배증한다는 견해가 일반적이다.
현재 받아들여지는 설명은 역사적으로 궤도 강제력이 빙하기의 시기를 결정하고 CO2가 필수적인 증폭 피드백으로 작용한다는 것이다.[39][40]
4. 기타 연구 및 활동
1902년 아레니우스는 화학 이론을 생리학적 문제에 적용하기 시작했다. 그는 살아있는 유기체와 시험관에서의 반응이 동일한 법칙을 따른다고 보았다. 1904년 캘리포니아 대학교에서 독소와 항독소 이론 연구에 물리화학적 방법을 적용하는 강의를 했고, 1907년 이 내용을 담은 ''면역화학(Immunochemistry)''을 출판했다.[23] 그는 지질학(빙하기의 기원), 천문학, 물리 우주론, 천체물리학에도 관심을 가졌고, 성간 충돌로 태양계가 탄생했다는 이론을 제시했다.
아레니우스는 복사압이 혜성, 태양 코로나, 오로라, 황도광을 설명한다고 생각했다.
또한, 그는 생명체가 포자 형태로 행성 간 이동이 가능하다는 범종설을 주장했다.[24] 보편 언어 개념을 구상하여 영어 수정을 제안하기도 했다.
아레니우스는 1909년 설립된 "스웨덴 인종 위생 협회" 이사였으며, 멘델주의를 지지하고 1910년경 피임에 대한 내용에도 기여했다. 그러나 1938년까지 스웨덴에서 피임 정보 및 판매는 금지되었다. 고든 스타인(Gordon Stein)은 아레니우스가 무신론자였다고 기록했다.[25][26]
그는 1922년 웁살라에 설립된 Statens institut för rasbiologi(국가인종생물학연구소) 설립에 참여했고, 연구소 운영위원회 위원이자 1909년 설립된 스웨덴 우생학협회 창립 멤버였다.[49]
5. 수상 경력
| 연도 | 수상 내역 |
|---|---|
| 1902년 | 데비 메달[15] |
| 1903년 | 노벨 화학상[15] |
| 1911년 | 윌러드 기브스상[16] |
| 1914년 | Faraday Lectureship Prize[15] |
| 1920년 | 프랭클린 메달[15] |
| 1908년 | 미국국립과학원 국제 회원[17] |
| 1909년 | 네덜란드 화학회 명예 회원[18] |
| 1910년 | 왕립학회 외국인 회원(ForMemRS)[19] |
| 1911년 | 미국철학회 국제 회원[20] |
| 1912년 | 미국 예술 과학 아카데미 외국 명예 회원[21] |
| 1919년 | 네덜란드 왕립예술과학아카데미 외국인 회원[22] |
6. 저서
| 출판 연도 | 제목 | 비고 |
|---|---|---|
| 1884년 | 전해질의 갈바니 전도도에 대한 연구(Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes) | 박사 학위 논문, 스톡홀름, 왕립 출판사, P. A. Norstedt & Söner, 155쪽. |
| 1896년 | 대기 중 이산화탄소 함량이 지구 표면 온도에 미치는 영향에 관하여(Ueber den Einfluss des Atmosphärischen Kohlensäurengehalts auf die Temperatur der Erdoberfläche) | 스웨덴 왕립 과학 아카데미 회보, 스톡홀름 1896, 22권, 1호, 1–101쪽. |
| 1896년 | http://www.rsc.org/images/Arrhenius1896_tcm18-173546.pdf 공기 중 이산화탄소가 지표 온도에 미치는 영향에 관하여(On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground) | 런던, 에든버러, 더블린 철학 잡지 및 과학 저널(제5시리즈), 1896년 4월, 41권, 237–275쪽. |
| 1901년 | 이산화탄소에 의한 열 흡수에 관하여(Ueber die Wärmeabsorption durch Kohlensäure) | Annalen der Physik, 4권, 690–705쪽. |
| 1901년 | 이산화탄소에 의한 열 흡수와 지구 표면 온도에 미치는 영향에 관하여(Über Die Wärmeabsorption Durch Kohlensäure Und Ihren Einfluss Auf Die Temperatur Der Erdoberfläche) | 스웨덴 왕립 과학 아카데미 회보 초록, 58, 25–58. |
| 1903년 | 우주 공간에서의 생명의 확산(Die Verbreitung des Lebens im Weltenraum) | Die Umschau, 프랑크푸르트 암 마인, 7, 481–486. |
| 1903년 | 우주 물리학 교과서(Lehrbuch der kosmischen Physik) 1권 | https://gutenberg.beic.it/webclient/DeliveryManager?pid=6781113 |
| 1903년 | 우주 물리학 교과서(Lehrbuch der kosmischen Physik) 2권 | https://gutenberg.beic.it/webclient/DeliveryManager?pid=6779391 |
| 1906년 | 기후 변동의 추정 원인(Die vermutliche Ursache der Klimaschwankungen) | K. Vetenskapsakademiens Nobelinstitut 발표, 1권 2호, 1–10쪽. |
| 1908년 | https://archive.org/details/worldsinmakingev00arrhrich 세계의 생성(Das Werden der Welten)](Worlds in the making; the evolution of the universe) | 학술 출판사, 라이프치히, 208쪽. |
| 1912년 | 우주 개벽론사 | 일도 나오키로・오가와 키요히코 역, 오쿠라 서점 |
| 1914년 | 우주 발전론 | 일도 나오키로 역, 오쿠라 서점 |
| 1920년 | 최근의 우주관 | 일도 나오키로 역, 오우덴각 |
| 1931년 | 역사적으로 본 과학적 우주관의 변천 | 테라다 토라히코 역, 이와나미 쇼텐, 이와나미 문고 |
| 1987년 | 역사적으로 본 과학적 우주관의 변천 (복간) | 테라다 토라히코 역, 이와나미 쇼텐, 이와나미 문고, ISBN 978-4-00-339301-7 |
| 1992년 | 우주의 시작 역사적으로 본 과학적 우주관의 변천 (신판) | 테라다 토라히코 역, 제삼서관, ISBN 978-4-8074-9226-8, https://www.aozora.gr.jp/cards/000226/card1150.html |
7. 가족 관계
스반테 아레니우스는 두 번 결혼했다. 첫 번째 부인은 그의 제자였던 소피아 루드벡(Sofia Rudbeck, 1894~1896)으로, 이 사이에 아들 올로프 빌헬름 아레니우스를 두었다. 두 번째 부인은 마리아 요한손(Maria Johansson, 1905~1927)으로, 이 사이에 두 딸과 한 아들을 두었다.[27][28][29]
아레니우스는 세균학자 아그네스 볼드, 화학자 스반테 볼드, 그리고 해양생지화학자 구스타프 아레니우스의 할아버지였다. 스웨덴의 환경 운동가인 그레타 툰베리는 그의 외가 쪽 먼 친척이다.
참조
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Honorary members
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Fellows of the Royal Society
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Book of Members, 1780–2010: Chapter A
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