아그네스 포켈스
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1. 개요
아그네스 포켈스는 이탈리아에서 태어난 독일의 과학자이다. 그는 주로 물리학에 관심을 가졌으나, 당시 여성의 대학 진학이 어려워 독학으로 과학을 공부했다. 포켈스는 슬라이딩 트로프를 고안하여 물과 비눗물의 표면 특성을 연구했으며, 미량의 불순물이 물의 표면 장력에 미치는 영향을 연구하여 '포켈스 점'을 발견했다. 그녀의 연구는 랭뮤어-블로젯 트로프 개발에 영향을 미쳤으며, 표면 과학 분야의 선구자로 인정받았다. 포켈스는 여러 과학 논문을 발표했으며, 로라 R. 레오나드 상과 브라운슈바이크 기술대학교 명예 박사 학위를 받았다.
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| 아그네스 포켈스 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 이름 | 아그네스 포켈스 |
| 출생일 | 1862년 2월 14일 |
| 출생지 | 베네치아, 오스트리아 제국 |
| 사망일 | 1935년 11월 21일 |
| 사망지 | 브라운슈바이크, 나치 독일 |
| 국적 | 독일 |
| 분야 | 화학/물리학 |
| 알려진 업적 | 표면 과학의 선구자 |
| 수상 | 로라 레너드 상 |
| 학문적 경력 | |
| 기타 | |
| 각주 | "" "" |
2. 어린 시절 및 교육
포켈스는 1862년 이탈리아 베네치아에서 태어났다. 당시 베네치아는 오스트리아 제국의 영토였고, 그녀의 아버지는 오스트리아 육군 장교였다.[1] 아버지가 말라리아에 걸려 1871년 독일 제국의 일부였던 브라운슈바이크로 이주했다.[1] 그곳에서 포켈스는 시립 여자 고등학교에 다녔다.[4]
1891년, 포켈스는 남동생 프리드리히 포켈스를 통해 존 윌리엄 스트럿(레이리 경)이 물 표면에 미량의 기름이 미치는 영향에 대한 연구를 발표하고 있다는 사실을 알게 되었다.[7] 포켈스는 레이리 경에게 자신의 연구 결과와 실험 장치, 그리고 당시 과학 저널에 연구 결과를 발표할 수 없었던 상황을 설명하는 편지를 보냈다. 이 편지는 독일어로 작성되었고, 레이리 경의 아내가 번역했다.[7]
어린 시절 포켈스는 과학, 특히 물리학에 대한 열정이 강했다. 그러나 당시 독일에서는 여성이 대학에 진학하는 것이 허용되지 않았다.[1] 포켈스는 "저는 자연 과학, 특히 물리학에 대한 열정적인 관심을 가지고 있었고, 공부하고 싶었습니다."라고 회고했다.[19][7] 괴팅겐 대학교에서 물리학을 전공한 남동생 프리드리히 카를 알빈 포켈스를 통해 대학교 교재와 학술 자료를 받아 독학으로 과학을 공부했다.[14]
3. 과학적 연구
레이리 경은 포켈스의 연구를 인정하고 그녀의 편지를 '''네이처(Nature)'''지에 게재될 수 있도록 도왔다.[7] 포켈스의 첫 논문 "표면 장력"은 슬라이딩 트로프를 사용한 측정 및 연구 결과를 담고 있었다.[8]
포켈스가 레이리 경에게 보낸 편지(1891년 1월 10일)는 다음과 같이 시작한다.
> "레이리 경께, – 과학적 주제에 대한 독일어 편지로 귀하를 괴롭히는 것을 감히 용서해 주시겠습니까? 지난해 귀하께서 물 표면의 지금까지 거의 알려지지 않았던 성질에 대해 수행하신 풍부한 연구에 대해 듣고, 저는 제 자신의 관찰 결과에 대해 귀하께서 관심을 가질지도 모른다고 생각했습니다. 여러 가지 이유로 저는 과학 학술지에 이것들을 발표할 수 있는 입장이 아니며, 따라서 가장 중요한 것들을 귀하에게 전달하는 이 방법을 채택했습니다."[7]
이 편지에서 포켈스는 슬라이딩 트로프 방법, 초기 연구 결과, 실험 방법의 한계를 설명했다.[7] 편지 শেষের 내용은 다음과 같다.
> "저는 전문 물리학자가 아니지만, 제가 관찰한 이러한 사실들을 귀하께 알리지 않아서는 안 된다고 생각했습니다. 그리고 다시 한번 제 대담함을 용서해 주시기를 간청하며, 진심으로 존경하는 마음을 담아, 충실히, (서명) 아그네스 포켈스"[7]
레이리 경은 1891년 3월 2일, 포켈스의 편지와 함께 자신의 서한을 '''네이처''' 편집장 조셉 노먼 록키어 경에게 보냈고, 두 편지 모두 게재되었다.[7]
포켈스는 이후에도 레이리 경과 서신을 교환하며 연구를 지속했다. 실험 장비와 재료의 순도 및 청결의 중요성을 강조하며, 미세한 먼지가 실험 결과에 미치는 영향까지 인지했다.[7][9] 벤젠 용액을 이용한 단분자층 필름 분석법을 개발, 특정 단분자층 필름 두께를 13Å으로 측정하기도 했다. 1892년 레이리 경의 도움으로 두 번째 논문을 ''네이처(Nature)''에 발표했다.[7][9]
포켈스는 기름이 수면을 안정시키는 현상,[12] 모세관 현상, 접촉각 등 다양한 표면 현상을 연구했다.[19] 1926년까지 독일 저널에 총 14편의 논문을 발표했으며, 정식 임용은 되지 않았지만 표면 과학 분야의 선구자로 인정받았다.[11][12] 1913년 오빠 프리드리히 카를 알빈 포켈스가 사망하고 건강이 악화되면서, 과학자들과의 교류 및 독자적 연구가 중단되었다.[19]
3. 1. 초기 연구 및 발견
18세 무렵부터 포켈스는 가정에서 사용하는 도구들을 이용하여 물과 불순물의 물리적 특성, 특히 비누가 물에 미치는 영향에 대한 실험을 시작했다.[2][5] 20세 무렵에는 비눗물과 관련 물질의 표면 특성을 정량적으로 측정하기 위한 슬라이딩 트로프(포켈스 트로프)를 고안했다.[2][5]
포켈스 트로프는 길이 70cm, 너비 5cm, 깊이 2cm의 금속 직사각형 트로프로, 물을 채우고 트로프 너비를 가로지르는 금속판을 움직여 표면적을 조절하며 표면 장력을 측정하는 장치이다.[2][5] 트로프의 길이를 따라 자가 있어 금속판의 위치를 알 수 있었고, 이를 통해 트로프 두 부분 각각의 표면적을 결정할 수 있었다.[2][5]
포켈스는 트로프의 물 표면에 작은 원반(보통 지름 6mm의 단추)을 놓고, 저울을 사용하여 원반을 물에서 들어 올리는 데 필요한 힘을 측정했다.[14][5] 순수한 물과 불순물이 포함된 물에서 원반을 들어 올리는 힘을 비교하여 표면 장력을 측정하고, 단분자막의 표면력, 에멀젼과 용액의 표면 장력, 불순물이 물의 물리적 특성에 미치는 영향을 조사하여 계면활성제에 대한 이해를 높였다.[14][5]
포켈스의 슬라이딩 트로프는 현대의 랭뮤어-블로젯트 트로프의 전신이었다.
포켈스의 슬라이딩 트로프 설계는 루드비히 빌헬미의 플레이트 방법을 바탕으로 이루어졌으며,[6] 훗날 랭뮤어-블로젯트 트로프 개발에 큰 영향을 미쳤고, 현대 콜로이드 및 표면 과학 연구에 널리 사용되고 있다.[5]
포켈스는 자신의 슬라이딩 트로프를 사용하여 기름, 비누와 같은 가정용 불순물이 물에 미치는 영향을 평가했다. 그녀는 미량의 불순물이 물의 표면 장력에 큰 영향을 줄 수 있다는 것을 발견했다.[5]
특히 비누(계면활성제) 연구에서, 포켈스는 소량의 계면활성제를 넣었을 때는 표면 장력에 미치는 영향이 작았지만, 트로프 표면의 슬라이더가 특정 지점을 지나면 영향이 커지는 것을 확인했다. 표면 장력과 슬라이더 위치를 그래프로 나타냈을 때, 이는 압축 등온선과 같았다.[5]
포켈스는 표면 장력이 급격히 변하는 지점이 연속적이고 한 분자 두께의 계면활성제 분자 막, 즉 단분자층이 형성되는 지점임을 알아냈다. 또한 이 임계점이 다양한 계면활성제에서 동일하며, 슬라이딩 트로프에 있는 계면활성제의 양과 단분자층 필름이 차지하는 면적을 통해 물 표면에서 단일 분자가 차지하는 면적(20 제곱 옹스트롬(20 Å2))을 계산했다. 이 면적은 훗날 포켈스 포인트(Pockels Point)로 알려지게 되었다.[2]
3. 2. 포켈스 점 (Pockels Point) 결정
포켈스는 자신의 슬라이딩 트러프를 사용하여 기름이나 비누와 같은 가정용 물질 등 미량의 불순물이 물에 미치는 영향을 평가했다. 그녀는 이 장치를 통해 원판을 물 표면에서 제거하는 데 필요한 힘의 양으로 표면 장력을 측정했다. 포켈스는 순수한 물에 비해 미량의 불순물이 물의 표면 장력에 큰 영향을 줄 수 있다는 것을 발견했다.[5]
특히, 포켈스는 비눗물을 연구했다. 비누는 계면활성제의 한 종류로, 분자의 일부는 친수성이고 나머지는 소수성이다. 이들은 물에 불용성이며 물 표면에 머무르는 경향이 있다. 소량의 계면활성제를 슬라이딩 트러프에 넣었을 때, 포켈스는 표면 장력에 대한 영향이 작다는 것을 발견했다. 그러나 트러프 표면의 슬라이더가 특정 지점을 지나면 표면 장력에 대한 영향이 커졌다. 그녀가 그래프의 한 축에 표면 장력을, 다른 축에 슬라이딩 트러프에서 슬라이더의 위치를 표시했을 때, 그 결과는 압축 등온선과 같았다.[5]
포켈스는 화학 지식을 바탕으로 표면 장력이 급격하게 변하는 압축 등온선의 지점이 연속적이고 한 분자 두께의 계면활성제 분자 막이 형성되는 지점임을 알아냈다. 이것은 계면활성제의 단분자층이다. 포켈스는 또한 이 임계점이 다양한 계면활성제 비누에서 동일하다는 것을 발견했다. 그녀는 슬라이딩 트러프에 얼마나 많은 계면활성제가 있는지와 단분자층 필름이 차지하는 면적을 알고 있었기 때문에, 물 표면에서 단일 분자가 차지하는 면적을 계산할 수 있었다. 그녀는 이 면적을 20 제곱 옹스트롬(20 Å2)으로 계산했다. 이후 그녀의 연구가 과학계에 알려지면서, 슬라이딩 트러프에 의해 결정된 이 면적은 포켈스 점(Pockels Point)으로 알려지게 되었다.[2]
3. 3. 첫 논문 발표
1891년, 포켈스는 남동생 프리드리히 포켈스를 통해 존 윌리엄 스트럿(레이리 경)이 물 표면에 미량의 기름이 미치는 영향에 대한 연구를 발표하고 있다는 사실을 알게 되었다.[7] 그녀는 레이리 경의 연구가 자신의 연구와 밀접한 관련이 있다는 것을 알았다. 오빠의 격려에 힘입어 아그네스 포켈스는 레이리 경에게 자신의 장치, 연구 결과, 그리고 당시 과학 저널에 연구 결과를 발표할 수 없었던 사실을 설명하는 편지를 썼다. 포켈스가 레이리 경에게 보낸 원래 편지는 독일어였으며, 레이리 경의 아내가 번역했다.[7]
레이리 경은 포켈스의 연구 결과를 인정하고, 그녀의 편지를 '''네이처(Nature)'''지에 전달하여 포켈스의 연구 결과가 발표될 수 있도록 도왔다.[7] 그녀의 첫 번째 논문은 "표면 장력"이었으며, 슬라이딩 트로프를 사용한 측정 및 연구 결과를 설명했다.[8] 1971년 표면 필름 밸런스의 기원에 관한 저널 기사에서는 레이리 경에게 보낸 편지를 "표면 화학 역사의 획기적인 사건"이라고 설명했다.[7]
레이리 경은 자신의 서신을 보관했고, 1891년 1월 10일자 포켈스의 편지는 다음과 같이 시작했다.
> "레이리 경께, – 과학적 주제에 대한 독일어 편지로 귀하를 괴롭히는 것을 감히 용서해 주시겠습니까? 지난해 귀하께서 물 표면의 지금까지 거의 알려지지 않았던 성질에 대해 수행하신 풍부한 연구에 대해 듣고, 저는 제 자신의 관찰 결과에 대해 귀하께서 관심을 가질지도 모른다고 생각했습니다. 여러 가지 이유로 저는 과학 학술지에 이것들을 발표할 수 있는 입장이 아니며, 따라서 가장 중요한 것들을 귀하에게 전달하는 이 방법을 채택했습니다."[7]
그 후 포켈스가 레이리 경에게 보낸 편지의 본문에서는 슬라이딩 트로프 방법, 초기 연구 결과, 그리고 실험 방법의 한계에 대한 그녀의 평가를 설명했다.[7]
편지의 마무리는 다음과 같았다.
> "저는 전문 물리학자가 아니지만, 제가 관찰한 이러한 사실들을 귀하께 알리지 않아서는 안 된다고 생각했습니다. 그리고 다시 한번 제 대담함을 용서해 주시기를 간청하며, 진심으로 존경하는 마음을 담아, 충실히, (서명) 아그네스 포켈스"[7]
레이리 경은 1891년 3월 2일자 서한과 함께 포켈스의 서신을 '''네이처''' 저널 편집장에게 보냈다. 당시 편집장은 조셉 노먼 록키어 경이었으며, 그는 레이리와 포켈스의 서신을 발표하기로 결정했다. 첨부된 서한에는 다음과 같이 적혀 있었다.
> "제가 독일의 한 여성으로부터 받은 흥미로운 편지의 번역본을 실을 공간을 찾아주시면 감사하겠습니다. 그녀는 매우 간단한 장비로 오염된 물 표면의 거동에 관한 귀중한 결과를 얻었습니다. 포켈스 양의 편지의 초기 부분은 제 최근 연구의 일부와 거의 같은 내용을 다루고 있으며, 대부분 일치합니다. 후반부는 제게 매우 시사적인 것으로 보이며, 많은 중요한 질문에 대한 완전한 답을 제공하지는 않더라도 제기하고 있습니다. 저는 곧 포켈스 양의 실험 중 일부를 반복할 기회를 찾을 수 있기를 바랍니다."[7]
포켈스의 전기를 쓴 오스트발트는 포켈스가 처음에 자신의 연구 결과에 대해 괴팅겐 대학교의 물리학자들에게 접근했지만 관심을 표명하지 않았다고 보고했다.[19]
3. 4. 후속 연구
포켈스는 첫 논문 발표 후에도 레이리 경과 꾸준히 편지를 주고받으며 연구를 이어나갔다. 특히 실험 장비와 재료의 순도 및 청결이 매우 중요함을 강조했으며, 미세한 먼지조차 실험 결과에 영향을 줄 수 있음을 인지했다.[7][9]
포켈스는 벤젠 용액을 이용하여 단분자층 필름을 분석하는 정교한 방법을 개발했다. 이 방법을 통해 특정 단분자층 필름의 두께를 13Å으로 측정했다. 1892년에는 레이리 경의 도움으로 두 번째 논문을 ''네이처(Nature)''지에 발표했다.[7][9]
포켈스는 기름이 수면을 안정시키는 현상에 대한 연구를 진행했는데,[12] 이는 벤자민 프랭클린이 처음으로 연구한 현상이었다.[10] 이후 모세관 현상과 접촉각 등 다양한 표면 현상으로 연구를 확장했다.[19]
포켈스는 1926년까지 주로 독일 저널에 총 14편의 과학 논문을 발표했다.[11] 비록 정식으로 임용된 적은 없지만, 표면 과학 분야의 선구자로 인정받았다.[12] 1913년 오빠 프리드리히 카를 알빈 포켈스(Friedrich Carl Alwin Pockels)가 사망하고 본인의 건강도 악화되면서, 많은 과학자들과의 교류가 끊기고 독자적인 연구도 중단하게 되었다.[19]
4. 개인적인 삶
포켈스는 평생 독신으로 살았으며, 병든 부모를 돌보는 데 많은 시간을 할애했다. 그녀는 이를 "매우 힘든 일"이라고 표현했다.[7] 1906년 아버지가 사망하고, 1914년 어머니가 사망했다.[7] 포켈스 자신도 건강이 좋지 않아 한동안 요양원에 머물기도 했다.[7] 건강이 회복된 후에는 유럽 여행을 즐겼다.[7] 포켈스는 말년에 조카들에게 "애그니스 이모"로 불렸다.[2]
포켈스는 1935년, 브라운슈바이크에서 생을 마감했다.[2]
5. 수상 및 유산
1931년, 포켈스는 앙리 드보와 함께 독일 콜로이드 학회(Kolloid-Gesellschaft)로부터 로라 R. 레오나드 상을 받았다.[1] 이듬해 브라운슈바이크 기술대학교는 여성으로서는 최초로 그녀에게 명예 박사 학위를 수여했다.[1]
어빙 랭뮤어는 포켈스의 슬라이드 트로프를 개량한 연구를 통해 표면 분자의 특성에 대한 추가적인 발견을 하였고, 이로써 1932년 노벨 화학상을 수상했다.[16] 포켈스의 장치는 랭뮤어와 캐서린 블로젯이 개발한 랭뮤어-블로젯 트로프의 직접적인 선구자이다.[17]
1993년부터 브라운슈바이크 기술대학교는 브라운슈바이크 기술대학교 발전에 기여한 사람들, 특히 교육과 연구를 장려한 여성들에게 아그네스 포켈스 메달을 수여하고 있다.[18]
2002년 브라운슈바이크 기술대학교에 아그네스 포켈스 연구소가 설립되었다. 이 연구소는 화학 교육을 촉진하고, 화학교사를 지원하며, 어린이들이 자연 과학을 공부하도록 장려하는 것을 목표로 한다. 특히 10세 미만의 어린이, 그 중에서도 여자아이들을 위한 과학교육 프로그램을 운영하며, 체험 학습을 통해 이론적 지식이나 고급 기기를 사용하지 않고 경험을 쌓도록 돕는다.[3]
참조
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