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에드워드 프랭클랜드

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목차

1. 개요

에드워드 프랭클랜드는 1825년 랭커셔에서 태어난 영국의 화학자이다. 그는 유기금속 화합물 연구를 통해 원자가 이론을 정립하여 현대 화학 발전에 기여했으며, 수질 분석 및 정화 연구를 통해 공중 보건 향상에도 힘썼다. 또한, 헬륨 발견에도 기여했다. 그는 왕립 학회 회원, 로열 메달, 베이커리언 메달, 코플리 메달 등을 수상했으며, 1897년에는 바스 훈장을 받았다.

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에드워드 프랭클랜드 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
에드워드 프랭클랜드의 20대 시절 사진
에드워드 프랭클랜드, 20대 시절
출생일1825년 1월 18일
출생지랭커셔 주캐터럴
사망일1899년 8월 9일
사망지골라, 구드브란스달렌, 노르웨이
직업연구 화학자
알려진 업적수질 분석의 선구자
화학에서 원자가 원리 발견
유기금속화학
유기주석화학
서훈
기사 작위KCB
학술 단체 회원FRS
FRSE

2. 생애

에드워드 프랭클랜드는 1825년 랭커셔에서 태어나 조지프 프리스틀리의 책을 읽으며 화학에 관심을 가졌다. 랭커스터 왕립 그래머 스쿨 졸업 후 약사의 도제로 일하며 화학 지식을 쌓았다.

1845년 런던에서 라이온 플레이페어의 지도를 받았고, 독일에서 로버트 분젠, 유스투스 폰 리비히와 교류하며 연구했다. 1850년 런던으로 돌아와 맨체스터 대학교, 세인트 바르톨로뮤 병원, 로열 연구소 등에서 교수로 활동했다.

프랭클랜드는 원자가 개념을 확립하고, 유기 금속 화합물을 발견하는 등 화학 이론 발전에 기여했다. 수질 분석 및 정화 연구로 공공 보건에도 이바지했다. 1853년 왕립 학회 회원으로 선출되었고, 1897년 바스 훈장을 받았다.

1851년 소피 픽과 결혼했으나 1874년 사별 후 엘렌 프랜시스 그린사이드와 재혼했다. 아들 퍼시 프랭클랜드도 화학자가 되었다. 프랭클랜드는 1899년 노르웨이에서 휴가 중 사망했다.

2. 1. 어린 시절과 교육

에드워드 프랭클랜드의 도제


에드워드 프랭클랜드는 1825년 2월 20일 랭커셔주 캐터럴에서 태어나 랭커셔주 커크랜드에서 세례를 받았다.[1] 그의 세례 기록에 따르면, 그는 혼외 출생이었다.[1] 그의 생물학적 아버지는 존 엘든 고르스트의 아버지인 에드워드 채독 고르스트였다.[2] 그의 어머니인 마가렛 "페기" 프랭클랜드는 후에 랭커스터 가구 제작자인 윌리엄 헬름과 결혼했다.[3]

에드워드는 3세부터 8세까지 맨체스터, 랭커셔주 커크랜드[4], 샐퍼드[4] 및 클로턴에서 살면서 교육을 받았다.[4] 1833년, 가족은 랭커스터로 이사했고[4] 제임스 월레이가 운영하는 사립 학교에 다녔는데, 그곳에서 그는 처음으로 화학에 관심을 갖게 되었고, 특히 조지프 프리스틀리의 저서를 메카닉스 연구소 도서관에서 빌려 읽었다.[4]

12세에 에드워드는 랭커스터 왕립 그래머 스쿨로 옮겼는데, 그곳은 과학자 윌리엄 웨웰과 리처드 오웬 경도 교육을 받은 곳이었다.[4] 프랭클랜드는 랭커스터 성의 법정에서 열린 염산 가스 누출 소송을 보고 화학에 대한 관심이 더욱 커졌다고 한다.[4]

프랭클랜드는 의사가 되기를 원했지만, 훈련 비용이 비쌌기 때문에 약사의 길을 선택했다.[4] 1840년, 에드워드는 그의 의붓아버지 윌리엄 헬름에 의해 랭커스터 약사인 스티븐 로스에게 도제로 견습되었다.[5] 그의 임무에는 절구와 막자사발 작업, 연고와 같은 약제 제조를 위해 대량의 화학 물질을 빻고 혼합하는 작업이 포함되었다.[4]

6년의 견습 기간 후반에 프랭클랜드는 랭커스터 메카닉스 연구소(스토리 연구소)에서 지역 의사인 제임스 존슨의 지도를 받았다.[6] 이 때 과학 저술가 로버트 갤로웨이와 해부학자 윌리엄 터너와 교류했다.[6] 존슨의 지원으로 프랭클랜드는 1845년 런던 웨스트민스터 연구소에서 라이온 플레이페어 남작의 자리를 얻어 연구를 시작할 수 있었다.[3]

2. 2. 유럽 유학과 연구 활동

런던으로 가서 리언 플레이페어의 연구실에서 연구했고, 마르부르크에서 로베르트 분젠의 지도를 받았다. 1847년에는 햄프셔 주 퀸우드 스쿨에서 이학 석사 학위를 받았으며, 그곳에서 존 틴들을 만났다. 이후 런던으로 돌아와 세인트 바솔로뮤 병원에서 화학 강사가 되었고, 1863년에는 왕립 연구소의 화학 교수가 되었다. 프랭클랜드는 젊은 시절부터 독자적인 연구에 매진하여 큰 성공을 거두었다.

프랭클랜드는 분석 화학과 합성 화학 분야 모두에서 중요한 업적을 남겼다. 초기에는 유기 라디칼 분리와 같은 분석 화학적 주제에 관심을 가졌으나, 곧 합성 화학으로 전향했다. 다이에틸아연과 다이메틸아연의 합성에 성공하여 유기 아연 화합물 연구의 선구적인 역할을 했다. 또한, 분젠이 제시한 카코딜에 대한 연구는 유기 금속 화학사에 중요한 발견을 가져왔다. 이때 프랭클랜드는 불과 25세였다.

프랭클랜드는 카코딜과 금속 무기 화합물 간의 유사성에 주목했다. 산소, 황, 염소와 금속과의 무기 화합물의 분자 형태를 파악하고, 카코딜의 유기 치환기를 산소 등으로 대체하여 이러한 화합물을 얻을 수 있다고 생각했다. 이를 바탕으로 1852년, 원자는 각각 제한된 포화 용량을 가지며 정해진 수의 결합만 만들 수 있다는 원자가 이론을 발표했다. 이는 근대 구조 화학의 기초가 되었다.

2. 3. 런던에서의 활동과 사회 공헌

1857년, 런던 세인트 바르톨로뮤 병원에서 화학 강사로 임명되었다. 1863년에는 런던 왕립 연구소의 화학 교수가 되었다. 그는 20여 년간 왕립 광산 학교에서 강의했으며, 애디스콤 육군 사관학교에서도 잠시 강의했다.

1868년, 강 오염에 관한 두 번째 왕립 위원회 위원으로 임명되어 6년간 수질 분석 및 정화 연구를 수행하여 영국의 공중 보건 개선에 크게 기여했다. 1865년부터 사망할 때까지 런던 상수도의 수질 분석을 담당하며, 일반 등기소에 월간 보고서를 제출했다. 프랭클랜드는 화학, 미생물학 양면에서 수질 분석을 실시했다. 그는 당시의 화학적 분석법에 불만을 느껴, 2년을 들여 더 새롭고 정확한 방법을 개발했다. 처음에는 런던 상수도의 순도에 대해 엄격하게 비판했지만, 후년에는 그 품질이 높고 건강에 해가 없음을 굳게 확신하게 되었다.

2. 4. 결혼과 가족

에드워드 프랭클랜드는 1849년 10월 카셀 출신의 생리학자 아돌프 오이겐 피크의 여동생인 소피 픽과 약혼했다.[9] 이들은 프랭클랜드가 1847년에 독일을 여행하면서 처음 만났다.[21][9] 1851년 2월 27일, 두 사람은 세인트 마틴 인 더 필즈에서 결혼했다.[10] 소피 픽은 1874년에 결핵으로 사망했다.[21] 이후 1875년, 에드워드 프랭클랜드는 엘렌 프랜시스 그린사이드와 재혼했다.[21]

에드워드 프랭클랜드의 아들 퍼시 프랭클랜드 또한 저명한 화학자로, 왕립 학회 회원이었다.[13]

2. 5. 사망

에드워드 프랭클랜드는 노르웨이에서 휴가를 보내던 중 구드브란 계곡의 골라에서 사망했다.[11] 그의 시신은 영국으로 반환되어 서리주 리게이트 근처에 안장되었다.[21]

3. 과학적 업적

프랭클랜드는 다양한 분야에서 중요한 과학적 업적을 남겼다.

응용 화학 분야에서 프랭클랜드의 가장 큰 업적은 상수도와 관련된 것이었다. 1868년 강 오염에 관한 두 번째 왕립 위원회의 위원으로 임명되어 6년 동안 하수, 산업 폐기물 등으로 인한 강 오염 및 가정용 물 정화에 관한 연구를 수행했다.[17]

1859년 존 틴들과 함께 몽블랑 등정을 통해 촛불의 연소 속도가 대기 밀도에 따라 달라지는지 확인하려 했으나, 결과는 그렇지 않다는 것을 확인했다.[17] 하지만 이 과정에서 압력 변화가 발광 불꽃에 미치는 영향에 대한 실험을 시작하게 되었다. 그는 압력이 발광도를 증가시키며, 일반적인 상황에서 빛을 내지 않는 수소도 높은 압력에서는 발광 불꽃으로 타오른다는 것을 발견했다. 이는 고체 입자만이 불꽃의 발광 능력을 결정하는 유일한 요소가 아니라는 결론으로 이어졌다.[17]

나아가 고밀도 가열 가스의 스펙트럼이 가열된 액체나 고체의 스펙트럼과 유사하며, 압력에 따라 스펙트럼이 변화한다는 것을 보여주었다. 노먼 로키어와 함께 이러한 결과를 태양 물리학에 적용하여 태양 외부층이 기체나 증기로 구성되어야 한다는 견해를 제시했다.[17]

1868년, 프랭클랜드와 로키어는 피에르 얀센과 함께 헬륨을 발견했다. 이들은 태양 스펙트럼에서 밝은 노란색 선을 발견하고, 이를 헬륨에 의한 것이라고 추정했다. 이는 지구 밖에서 먼저 발견된 원소가 지구에서 발견되기 전에 발견된 최초의 사례였다.[17]

3. 1. 유기금속화학의 선구자

프랭클랜드는 어릴 때부터 독창적인 연구로 큰 성공을 거두었다. 처음에는 특정 유기 라디칼 분리와 같은 분석적 문제에 관심을 가졌지만, 곧 화학적 합성에 몰두했다. 로베르트 분젠은 그의 제자 에드워드 프랭클랜드에게 카코딜 연구를 지시했고, 이는 프랭클랜드의 유기금속 화합물 발견으로 이어졌다.[15] 잉글랜드로 돌아온 후 프랭클랜드는 금속 아연과 아이오딘화 에틸 및 아이오딘화 메틸의 반응을 통해 다이에틸아연과 다이메틸아연 합성에 성공했다.[16]

프랭클랜드는 이들 물질과 이들을 형성할 수 있는 금속의 무기 화합물 사이의 분자적 동등성을 인식하고, 이들의 진정한 분자 유형을 이러한 금속의 산소, 황, 또는 염소 화합물에서 찾았으며, 유기기를 산소, 황 등과 치환함으로써 유도된다고 주장했다. 이러한 방식으로 그는 1852년에 각 원소 물질의 원자가 특정한 포화 능력을 가지며, 따라서 다른 원소의 원자 수에 제한을 받으며 결합할 수 있다는 개념을 발표하여 결합 화합물 이론을 뒤엎고 더 나아가게 되었다.[17][18] 이렇게 창시된 원자가 이론은 이후 화학적 학설의 발전을 지배했으며, 현대 구조 화학의 근간을 형성한다.[17]

3. 2. 원자가 이론 확립

프랭클랜드는 유기금속 화합물을 연구하면서, 1852년에 각 원소가 다른 원소와 결합할 수 있는 원자 수가 제한되어 있다는 원자가 이론을 발표했다.[17][18] 그는 특정 유기 라디칼을 분리하는 것과 같은 분석적인 문제에 관심을 기울였고, 로베르트 분젠의 카코딜 연구는 프랭클랜드의 유기금속 화합물 발견으로 이어졌다.[15] 잉글랜드로 돌아온 후 프랭클랜드는 금속 아연과 아이오딘화 에틸 및 아이오딘화 메틸의 반응을 통해 다이에틸아연과 다이메틸아연의 합성에 성공했다.[16]

그는 이들 물질과 금속의 무기 화합물 사이의 분자적 동등성을 인식하고, 유기기를 산소, 황 등과 치환함으로써 유도된다고 주장했다. 이러한 방식으로 그는 각 원소 물질의 원자가 특정한 포화 능력을 가지며, 따라서 다른 원소의 원자 수에 제한을 받으며 결합할 수 있다는 개념을 발표했다.

이렇게 창시된 원자가 이론은 이후 화학 결합 이론의 발전을 이끌었으며, 현대 구조 화학의 근간을 형성한다.[17] 2015년, 미국 화학회 화학사 부서로부터 화학적 획기적인 업적상(Citation for Chemical Breakthrough Award)을 수상했다.[19][20]

3. 3. 수질 분석 및 정화 연구

1868년 프랭클랜드는 강 오염에 관한 두 번째 왕립 위원회 위원으로 임명되어 6년간 활동했다.[17] 그는 정부 지원을 받는 실험실에서 하수 및 산업 폐기물에 의한 강 오염 실태를 조사하고, 가정용수 정화 방법을 연구했다.[17]

프랭클랜드는 화학적 분석과 세균학적 분석을 병행하여 수질 오염 원인을 규명했으며, 기존 분석법에 만족하지 않고 더욱 정확한 새로운 분석법을 개발하기 위해 2년간 노력했다.[17] 1865년부터 왕립 광산 학교 교수로 재직하면서 런던 상수도의 수질을 분석하는 월간 보고서를 작성했으며, 이 업무는 평생 동안 지속되었다.[17] 초기에는 런던 상수도 수질에 대해 비판적이었으나, 말년에는 전반적인 수질 개선과 위생 상태에 대해 긍정적으로 평가했다.[17]

3. 4. 스펙트럼 연구와 헬륨 발견

1859년, 프랭클랜드는 존 틴들과 함께 몽블랑에 올랐다. 이들은 몽블랑 등정을 통해 촛불의 연소 속도가 대기 밀도에 따라 달라지는지 확인하려 했으나, 결과는 그렇지 않다는 것을 확인했다.[17] 하지만 프랭클랜드는 이 과정에서 다른 중요한 관찰을 통해, 압력 변화가 발광 불꽃에 미치는 영향에 대한 일련의 실험을 시작하게 되었다. 그는 정상에서 촛불이 매우 희미한 빛을 내는 것을 보고, 압력이 발광도를 증가시킨다는 것을 발견했다. 예를 들어, 일반적인 상황에서는 빛을 내지 않는 수소도 10 또는 20 기압의 압력에서는 발광 불꽃으로 타올랐다. 이를 통해 그는 고체 입자의 존재만이 불꽃의 발광 능력을 결정하는 유일한 요소가 아니라는 결론을 내렸다.[17]

나아가 프랭클랜드는 고밀도의 가열된 가스의 스펙트럼이 가열된 액체나 고체의 스펙트럼과 유사하며, 압력이 증가함에 따라 가열된 가스의 스펙트럼이 점차 변화한다는 것을 보여주었다. 극도로 얇은 상태에서 관찰 가능한 뚜렷한 선들은 압력이 상승함에 따라 흐릿한 띠로 넓어지고, 가스가 액체 상태에 가까운 밀도에 도달하면 연속 스펙트럼으로 병합된다는 것을 확인했다. 그는 노먼 로키어와 함께 이러한 결과를 태양 물리학에 적용하여, 적어도 태양의 외부층은 액체나 고체 형태가 아닌 기체나 증기로 구성되어야 한다는 견해를 제시했다.[17]

1868년, 프랭클랜드와 로키어는 피에르 얀센과 함께 헬륨을 발견했다. 이들은 태양 스펙트럼에서 당시 알려지지 않은 물질에 해당하지 않는 밝은 노란색 선을 발견하고, 이 선을 당시 가설적인 원소였던 헬륨에 의한 것이라고 추정했다. 이는 지구 밖에서 먼저 발견된 원소가 지구에서 발견되기 전에 발견된 최초의 사례였다.[17]

4. 수상 및 서훈


  • 1853년 왕립 학회 회원(FRS)으로 선출되었다.[21]
  • 1857년 "유기 화합물의 라디칼 분리 연구"에 대해 로열 메달을 수상하였다.[12]
  • 1859년 베이커리언 메달을 수상하였다.[12]
  • 1894년 코플리 메달을 수상하였다.[12]
  • 1897년 바스 훈작사 훈장(Knight Commander of the Order of the Bath)을 수여받았다.[12]
  • 2015년, 왕립 화학회에서 국가 화학 랜드마크 블루 플라크를 랭커스터 로열 그래머 스쿨에 수여하였다.[23]
  • 2015년, 맨체스터 대학교에 프랭클랜드의 1852년 원자가 이론 발견에 대한 출판물로 미국 화학회 화학사 분과의 화학 획기적 발견상을 수여하였다.[18][19][20]
  • 2019년, 잉글리시 헤리티지에서 블루 플라크를 런던 베이즈워터 랭커스터 게이트 14번지에 수여하였다.[24]

참조

[1] 서적 Parish Register of Garstang Parish (St. Helen's Church, Churchtown) Church of England 1813
[2] 서적 A Life of Sir John Eldon Gorst Cass
[3] 서적 Oxford Dictionary of National Biography Oxford University Press 2014-10-04
[4] 서적 Sketches from the life of Edward Frankland, born January 18, 1825, died August 9, 1899 Spottiswoode & Co., Ltd. 1902
[5] 웹사이트 Lancaster Library Collection, Item DDX 2743/MS5076, Sir Edward Frankland: Indenture of apprenticeship to Stephen Ross of Lancaster, druggist, for 6 years, as a chemist and druggist, the collection of Lancashire Archives http://archivecat.la[...] 2014-10-04
[6] 서적 Lancastrian chemist : the early years of Sir Edward Frankland Open University Press 1986
[7] 서적 Famous Chemists The Men And Their Work https://archive.org/[...] G. Routledge & Sons, Ltd.; E.P. Dutton & Co. 2016-07-01
[8] 서적 The Records of the East India College, Haileybury, & other institutions H.M.S.O.
[9] 간행물 What was it like to get a PhD in the 1840s? American Institute of Physics 2016-10-14
[10] 웹사이트 Oxford Dictionary of National Biography http://www.oxforddnb[...]
[11] 서적 Biographical Index of Former Fellows of the Royal Society of Edinburgh 1783–2002 https://www.royalsoc[...] The Royal Society of Edinburgh 2016-06-03
[12] 간행물 Obituary https://books.google[...] 2016-07-01
[13] 간행물 Percy Faraday Frankland. 1858–1946
[14] 웹사이트 Edward Frankland Papers http://www.library.m[...] University of Manchester Library 2016-11-21
[15] 서적 Topics in Stereochemistry John Wiley & Sons 2016-07-01
[16] 간행물 Zinc Alkyls, Edward Frankland, and the Beginnings of Main-Group Organometallic Chemistry 2001-07
[17] 문서 Frankland, Sir Edward
[18] 간행물 On a New Series of Organic Bodies Containing Metals
[19] 웹사이트 2015 Awardees http://www.scs.illin[...] University of Illinois at Urbana-Champaign School of Chemical Sciences 2016-07-01
[20] 웹사이트 Citation for Chemical Breakthrough Award http://www.scs.illin[...] University of Illinois at Urbana-Champaign School of Chemical Sciences 2016-07-01
[21] 서적 Edward Frankland : chemistry, controversy, and conspiracy in Victorian England https://books.google[...] Cambridge University Press 2016-07-01
[22] 웹사이트 Sir Edward Frankland & Sir Harry Enfield Roscoe http://manchesterhis[...] 2016-07-01
[23] 웹사이트 Lancaster school unveils tribute to scientist http://www.lancaster[...]
[24] 웹사이트 Sir Edward Frankland Chemical Scientist https://www.english-[...] 2019-06-25


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