프리드리히 뵐러

1. 개요

프리드리히 뵐러는 독일의 화학자이다. 그는 요소의 화학적 합성, 알루미늄, 베릴륨, 이트륨 등의 원소 분리, 탄화 칼슘과 질화 규소의 합성 등 다양한 분야에서 업적을 남겼다. 특히, 사이안산 암모늄으로부터 요소를 합성하는 뵐러 합성을 통해 유기화학 발전에 기여했으며, 무기화학 연구와 운석 연구에도 관심을 가졌다. 뵐러는 괴팅겐 대학교에서 학생들을 가르치며 실습 교육의 중요성을 강조했고, 많은 제자를 배출했다.

2. 생애

프리드리히 뵐러는 1800년 독일 에셔샤임(현재 프랑크푸르트의 일부)에서 수의사의 아들로 태어났다. 어린 시절부터 광물 수집, 그림, 과학에 관심을 보였으며, 프랑크푸르트 김나지움에서 중등 교육을 받았다. 김나지움 재학 중 아버지의 지원으로 집에서 화학 실험을 시작했다. 1820년 마르부르크 대학교에 입학하여 의학을 공부했으나, 화학에 더 큰 흥미를 느껴 하숙집에서 화학 실험을 하며 시안화 요오드를 발견하기도 했다.

1823년 하이델베르크 대학교에서 레오폴트 그멜린의 지도 하에 의학, 외과, 산부인과 박사 학위를 받았다. 그멜린은 뵐러가 화학에 집중하도록 격려했고, 옌스 야코브 베르셀리우스의 지도 하에 연구를 수행하도록 주선했다. 뵐러는 스웨덴 스톡홀름의 카롤린스카 연구소에서 베르셀리우스와 함께 연구하며, 두 과학자는 평생 동안 긴밀한 관계를 유지했다. 뵐러는 베르셀리우스의 저서를 독일어로 번역하여 국제적으로 알리는 데 기여했다.

뵐러는 1825년부터 1831년까지 베를린 공업학교에서, 1836년까지 카셀의 고등 공예 학교에서 화학을 가르쳤다. 이후 괴팅겐 대학교의 화학 정교수가 되어 1882년 사망할 때까지 재직했다. 괴팅겐 대학교에서 약 8,000명의 학생들이 그의 연구실에서 교육을 받았다. 1834년 스웨덴 왕립 과학한림원의 외국인 회원으로 선출되었으며, 1872년 코플리 메달, 1880년 코테니우스 메달을 수상했다.

3. 화학에서의 기여

베르셀리우스의 연구실에서 시안 가스와 암모니아로부터 얻어진 백색 결정은 1828년에 요소임이 밝혀졌다. 당시 유기물은 동식물 내에서 생기의 힘에 의해 만들어진다고 믿어졌지만, 뵐러는 무기물로부터 유기물을 인공적으로 만들어냄으로써 생기론에 타격을 입혔다.

뵐러 이전에는 같은 조성을 가진 화합물이 서로 다른 물리·화학적 성질을 갖는 다른 구조의 화합물(이성질체)로서 존재할 수 없다고 여겨졌다. 그러나 시안산 암모늄이 질량 변화 없이 요소로 변환되는 것을 보여주면서 이성질체와 이성화가 발견되었다. 이 발견을 계기로 리비히와는 평생에 걸친 우정을 맺게 된다.

뵐러는 요소의 화학적 합성 외에도, 탄화 칼슘 합성, 규소, 베릴륨, 질화 규소 발견, 알루미늄과 이트륨의 단리 등 다방면에 걸친 업적을 남겼다.

3.1. 무기화학

뵐러는 생애 동안 25개 이상의 화학 원소를 연구했다. 1825년 한스 크리스티안 외르스테드는 칼륨 아말감을 이용하여 염화 알루미늄을 환원시키는 방법으로 알루미늄을 최초로 분리했다. 뵐러는 외르스테드의 방법을 개선하여 1827년 순수한 알루미늄 분말을 분리하고, 1845년에는 금속 알루미늄 덩어리를 얻는 데 성공했다.

1828년 뵐러는 베릴륨과 이트륨 원소를 순수한 금속 형태로 최초로 분리했다 (\[\[앙투안 뷔시]]도 베릴륨을 독자적으로 분리).

1850년, 뵐러는 당시까지 타이타늄 금속으로 여겨졌던 것이 타이타늄, 탄소, 질소의 혼합물임을 밝혀냈다. 뵐러는 앙리 에티엔 생트 클레어 드빌과 협력하여 결정 형태의 붕소를 분리했으며, 규소의 결정 형태도 분리했다. 1856년 하인리히 버프와 협력하여 무기 화합물인 실레인(SiH₄)을 제조했다. 질화 붕소, 탄화 칼슘의 합성법을 개발했다.

뵐러는 운석의 화학적 조성에 관심을 갖고 연구하여, 일부 운석에 유기 물질이 포함되어 있음을 밝혀냈다.

3.2. 유기화학

1832년 뵐러는 유스투스 폰 리비히와 함께 쓴 아몬드 오일에 대한 연구 결과를 발표했다. 그들은 쓴 아몬드 오일의 화학적 조성을 분석하여 탄소, 수소, 산소 원자 그룹이 단일 원자처럼 화학적으로 행동하고, 화합물에서 원자의 자리를 차지하며, 다른 원자와 교환될 수 있다는 것을 실험으로 증명했다. 쓴 아몬드 오일에 대한 연구는 화학 조성이 C₇H₅O인 원소들의 그룹이 벤조일 라디칼로 알려진 단일 작용기로 생각할 수 있다는 것을 보여주었다. 뵐러와 리비히의 연구는 화합물 라디칼이라는 새로운 개념을 유기화학에 확립시켰는데, 이는 유기화학 발전에 큰 영향을 미쳤다.

리비히와 뵐러는 풀민산 은과 사이안산 은을 조사했다. 이 두 화합물은 동일한 화학 조성을 가지고 있지만 화학적으로 다르다. 풀민산 은은 폭발성이 있는 반면, 사이안산 은은 안정적인 화합물이다. 리비히와 뵐러는 이를 화학적 이성질화의 예로 인식했고, 이는 화학적 이성질화를 이해하는 데 있어 중요한 진전이었다.

뵐러는 1828년에 실험실에서 사이안산 암모늄으로부터 요소를 합성하는 데 성공했다. 이 화학 반응은 "뵐러 합성"으로 알려지게 되었다. 요소와 사이안산 암모늄은 화합물의 구조 이성질체의 또 다른 예이다. 사이안산 암모늄을 가열하면 이성질체인 요소로 전환된다.

뵐러가 요소 합성을 증명한 것은 생기론을 반박한 것으로 여겨지게 되었다. 옌스 야코브 베르셀리우스는 뵐러의 편지에 대한 답장에서 뵐러의 결과물이 유기화학을 이해하는 데 매우 중요하다는 것을 인정했으며, 이 발견을 뵐러의 "월계관"에 대한 "보석"이라고 불렀다. 두 과학자는 또한 이 작업이 새로운 연구 분야인 이성질화 연구에 중요하다는 것을 인식했다.

1830년, 뵐러는 리비히와 함께 시안산과 시아누르산 그리고 요소에 관한 연구 결과를 발표했다.

4. 교육 개혁

뵐러는 괴팅겐 대학교 교수가 되자, 전 세계에서 학생들이 그에게 배우기 위해 몰려들었다. 뵐러는 학생들에게 실험실에서 직접적인 경험을 쌓게 한 후, 특히 그의 학생들이 성공하는 것을 지켜보았다. 이러한 관행은 이후 전 세계적으로 채택되어 오늘날 대부분의 대학교에서 요구하는 화학 실험실의 모습이 되었다.

뵐러는 또한 학생들이 자신의 연구에 참여하고 도움을 주는 것을 허용했는데, 이는 당시로서는 흔치 않은 일이었다. 이러한 관행은 거의 보편화되어 오늘날 다양한 학위에 필수적인 요건인 학부 및 대학원 수준의 연구가 정상화되었다.

5. 말년 및 유산

뵐러의 발견은 화학의 이론적 기초에 상당한 영향을 미쳤다. 1882년 《사이언티픽 아메리칸》 부록에서는 "그의 연구 중 두세 가지는 과학자로서 얻을 수 있는 최고의 영예를 받을 만하며, 그의 업적을 모두 합치면 그야말로 압도적이다. 만약 그가 살아 있지 않았다면 화학의 양상은 지금과 매우 달랐을 것이다"라고 언급했다.

뵐러의 주목할 만한 제자로는 게오르크 루드비히 카리우스, 하인리히 림프리히트, 빌헬름 루돌프 피티히, 헤르만 콜베, 알베르트 니만, 보이테흐 샤파리크, 빌헬름 퀴네, 아우구스투스 볼커 등이 있다.

뵐러는 1854년에 런던 왕립학회 회원으로 선출되었다. 그는 에딘버러 왕립학회의 명예 회원이었다. 1862년에 뵐러는 미국 철학학회 회원으로 선출되었다.

로빈 킨이 쓴 《프리드리히 뵐러의 삶과 업적 (1800–1882)》(The Life and Work of Friedrich Wöhler (1800–1882)) (2005년)은 뵐러에 대해 "최초의 상세한 과학적 전기"로 간주된다.

뵐러 사망 100주년을 맞아 서독 정부는 요소의 구조를 나타낸 우표를 발행했는데, 우표의 오른쪽 윗부분에 합성에 관한 화학식이 표기되어 있다.

6. 가족

뵐러는 1828년에 사촌인 프란치스카 마리아 뵐러(1811년~1832년)와 처음 결혼하였다. 이 부부는 아들 아우구스트와 딸 소피, 두 자녀를 두었다. 프란치스카가 죽은 후 1834년에 줄리 파이퍼(1813년~1886년)와 재혼하여, 파니, 헬레네, 에밀리, 폴린이라는 네 딸을 두었다.