조지프 블랙
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1. 개요
조지프 블랙은 1728년 프랑스 보르도에서 태어난 스코틀랜드 출신 화학자이자 의사이다. 그는 글래스고 대학교와 에든버러 대학교에서 교육을 받았으며, 이산화탄소의 발견, 잠열 및 비열 개념 정립, 분석 저울 개발 등 화학과 열역학 분야에 기여했다. 블랙은 스코틀랜드 계몽주의 시대의 주요 인물들과 교류했으며, 그의 연구는 증기 기관 발전에 영향을 미쳤다. 그는 에든버러 대학교의 화학 및 의학 교수로 재직하며 많은 학생들을 가르쳤고, 1799년 에든버러에서 사망했다.
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| 조지프 블랙 - [인물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 출생일 | 1728년 4월 16일 |
| 출생지 | 프랑스, 보르도 |
| 사망일 | 1799년 12월 6일 |
| 사망지 | 스코틀랜드, 에든버러 |
| 국적 | 스코틀랜드 |
| 분야 | 의학, 물리학, 화학 |
| 소속 기관 | 에든버러 대학교 |
| 학력 | 글래스고 대학교 에든버러 대학교 |
| 지도 교수 | 윌리엄 컬렌 |
| 제자 | 제임스 에드워드 스미스 토머스 찰스 호프 |
| 주요 업적 | 마그네슘 발견 이산화 탄소 발견 잠열 개념 확립 비열 개념 확립 분석 저울 발명 |
| 학문적 배경 | |
| 영향을 준 인물 | 윌리엄 컬렌 |
| 영향을 받은 인물 | 제임스 와트 |
2. 생애
조지프 블랙은 1728년 프랑스 보르도에서 스코틀랜드 출신 와인 상인의 아들로 태어났다.[26] 어린 시절 벨파스트에서 교육을 받은 후, 1746년 글래스고 대학교에 입학하여 의학과 화학을 공부하며 윌리엄 컬런 교수의 지도를 받았다.[26] 이후 에든버러 대학교로 옮겨 학업을 이어갔고, 1754년 이산화 탄소에 관한 연구로 의학 학위를 취득했다.
1756년 스승 컬런의 뒤를 이어 글래스고 대학교의 화학 강사 및 해부학 교수가 되었으며, 이후 의학 교수직도 맡았다. 글래스고 재직 시절 열용량과 잠열 개념을 정립하는 중요한 연구를 수행했으며, 당시 대학의 기구 제작자였던 제임스 와트와 교류하며 그의 증기 기관 개발을 지원하기도 했다.[26]
1766년에는 다시 컬런의 후임으로 에든버러 대학교의 의학 및 화학 교수로 부임하여 1797년 은퇴할 때까지 명강의로 명성을 떨쳤다. 그의 강의는 화학의 대중화에 크게 기여한 것으로 평가받는다. 블랙은 데이비드 흄, 애덤 스미스, 제임스 허튼 등 스코틀랜드 계몽주의의 주요 인물들과 활발히 교류했으며,[26] 조지 3세 국왕의 주치의로 임명되기도 했다.
평생 건강 문제로 어려움을 겪었던 그는 1797년 강의를 마지막으로 은퇴했고, 1799년 에든버러에서 71세의 나이로 세상을 떠났다. 그의 강의 내용은 사후 제자들과 친구들에 의해 정리되어 1803년 ''Lectures on the Elements of Chemistry, delivered in the University of Edinburgh''라는 제목으로 출판되었다.
2. 1. 초기 생애와 교육
조지프 블랙은 1728년 4월 16일 프랑스 보르도에서 태어났다.[26] 그의 아버지 존 블랙은 스코틀랜드 출신으로 아일랜드 벨파스트에 기반을 둔 와인 상인이었고, 어머니 마거릿 고든은 스코틀랜드 애버딘셔의 와인 상인 가문 출신이었다.[2][26] 그는 12명의 자녀 중 여섯째였다.[2]블랙은 12세까지 가정 교육을 받다가 벨파스트의 문법학교에 입학하여 라틴어와 그리스어 등을 배웠다.[2][26] 1746년, 18세의 나이에 글래스고 대학교에 입학하여 처음에는 교양 과정을 공부했으나,[2][26] 1747년 부임한 의학 교수 윌리엄 컬런의 강의에 영향을 받아 의학과 화학에 깊은 관심을 갖게 되었다.[26] 그는 컬런의 실험 조수로도 활동하며 도움을 받았다.[26]
1752년에는 의학 공부를 더 깊이 하기 위해 에든버러 대학교로 옮겼다.[2][26] 1754년 이산화 탄소 연구를 담은 논문 ''De humore acido a cibis orto, et magnesia alba''로 의학 학사 학위를 취득했다.
2. 2. 화학 및 의학 교수
1756년, 블랙은 그의 스승이었던 윌리엄 컬런의 뒤를 이어 글래스고 대학교의 화학 강사가 되었고, 해부학 교수직에도 임명되었다. 이후 의학 학장으로도 활동했다.[15]1766년, 블랙은 다시 한번 컬런의 뒤를 이어 에든버러 대학교의 의학 및 화학 교수가 되었다. 컬런은 이미 1755년 에든버러로 자리를 옮긴 상태였다. 블랙이 떠난 글래스고 대학교의 교수 자리는 알렉산더 스티븐슨이 맡게 되었다.[15]
에든버러로 옮긴 후 블랙은 연구 활동보다는 교육에 전념하기로 결정했다. 그의 강의는 큰 성공을 거두었고, 30년 이상 해마다 수강생 수가 증가했다. 그의 강의는 화학의 대중화에 큰 영향을 미쳤으며, 당시 그의 강의를 듣는 것이 유행처럼 번지기도 했다.
블랙은 대학교에서 가장 인기 있는 강사 중 한 명으로 널리 인정받았다. 그의 화학 강좌는 정기적으로 많은 학생들을 끌어모았고, 일부 학생들은 그의 강의를 두세 번씩 수강하기도 했다. 그는 최신 연구 주제를 꾸준히 소개하고, 시각적으로 인상적인 실험을 신중하게 선택하여 강의에 활용했다. 또한, 학생들이 화학을 쉽게 이해할 수 있도록 다양한 교육 도구를 성공적으로 사용했는데, 그의 학생 중에는 14세의 어린 학생들도 많았다.[16][17] 그의 명성은 영국 본토뿐만 아니라 영국 식민지와 유럽 전역에 퍼져나가, 수많은 외국 학생들이 그의 강의를 듣기 위해 찾아왔다. 학생들은 그의 강의 내용을 꼼꼼히 기록했고, 이는 블랙의 학문적 아이디어가 널리 퍼지는 데 기여했다.
당시 블랙의 강의에 대한 평가는 다음과 같다.
"그는 대학교의 주요 자랑거리 중 하나가 되었고, 그의 강의는 30년 이상 매년 청중이 늘어났다. 그의 외모와 태도는 신사적이었고 매우 호감이 갔다. 목소리는 낮았지만 듣기 좋았고 발음이 명료하여 수백 명의 청중에게도 완벽하게 전달되었다. 그의 설명은 간결하고 명확했으며, 실험을 통한 설명은 매우 적절하여 가장 지식이 없는 사람조차 그의 논지를 오해할 수 없었다. 그의 가르침에는 어떤 가설이나 추측도 없었기에, 듣는 이는 마치 자신의 경험처럼 그의 결론을 확신하며 받아들였다."[18]
1783년 11월 17일, 블랙은 에든버러 왕립 학회 창립 멤버 중 한 명이 되었다.[19] 또한 1788년부터 1790년까지 에든버러 왕립 의과대학의 회장을 역임했다.[20] 그는 1774년, 1783년, 1794년에 발행된 의과대학의 Pharmacopoeia Edinburgensis 개정 위원회에도 참여했다. 블랙은 조지 3세 국왕의 주치의로 임명되기도 했다.
그러나 점차 건강이 악화되면서 블랙의 연구와 교육 활동은 줄어들었다. 1793년부터 건강이 더욱 나빠지자 그는 교수로서의 의무를 점차 줄여나갔다. 1795년에는 찰스 홉이 그의 보좌관으로 임명되었고, 블랙은 1797년 마지막 강의를 끝으로 교수직에서 은퇴했다.
2. 3. 스코틀랜드 계몽주의와의 교류
블랙은 데이비드 흄, 애덤 스미스, 제임스 허튼 등 스코틀랜드 계몽주의를 이끌었던 여러 지식인들과 활발하게 교류했다.[26] 특히 흄과는 그가 세상을 떠날 때까지 주치의로서 곁을 지켰으며, 허튼과 함께 스미스가 남긴 글들을 정리하여 편집하는 등 긴밀한 관계를 맺었다.[26]글래스고 대학교 재직 시절에는 같은 대학에서 수학 기구를 만들던 제임스 와트와도 친분을 쌓았다. 블랙은 와트가 증기 기관을 개발하고 관련 사업을 시작하는 과정에서 중요한 조언과 지원을 아끼지 않았다.[26]
학술 분야에서도 활발히 활동하여 1783년 11월 17일 에든버러 왕립 학회를 창립하는 데 참여했으며,[19] 1788년부터 1790년까지는 에든버러 왕립 의과대학의 회장을 지냈다.[20] 또한 스코틀랜드에서 조지 3세 국왕의 주치의로 임명되기도 했다.
2. 4. 말년
블랙은 데이비드 흄(David Hume), 애덤 스미스(Adam Smith), 제임스 허튼(James Hutton) 등 스코틀랜드 계몽주의(Scottish Enlightenment)의 여러 주요 지식인과 교류했다. 그는 흄의 주치의로서 임종을 지켰으며, 허튼과 함께 스미스의 유고를 편집하기도 했다.평생 건강 문제로 어려움을 겪었던 블랙은 유년기의 감염병 후유증인 폐 질환과 노년의 류머티즘으로 고생했다. 건강 악화로 인해 1797년 에든버러 대학교에서의 강의를 마지막으로 은퇴했다.
1799년 12월 6일, 에든버러에서 71세의 나이로 사망했으며, 그레이프라이어스 교회 묘지에 안장되었다.
3. 연구 업적
조지프 블랙은 18세기 화학 및 물리학 발전에 중요한 기여를 한 과학자이다. 그의 주요 연구 업적으로는 이산화 탄소의 발견, 잠열 및 비열 개념 정립, 그리고 정밀한 분석 저울 개발 등이 있다.
블랙은 1750년대 초반 "마그네시아 알바"(탄산 마그네슘)와 백악(탄산 칼슘)에 대한 연구를 통해, 이 물질들을 가열하거나 산으로 처리할 때 특정 기체가 발생하며 질량이 변하는 현상을 관찰했다. 그는 이 기체를 '고정된 공기'(fixed air|고정된 공기영어)라고 명명했으며, 이는 오늘날 이산화 탄소로 알려져 있다. 특히 그는 반응 전후 물질의 질량을 정밀하게 측정하여 정량적 화학 실험의 기초를 마련했다.
또한 블랙은 열 연구 분야에서도 중요한 업적을 남겼다. 그는 열의 양(열량)과 세기(온도)를 명확히 구분하고, 물질마다 온도를 올리는 데 필요한 열의 양이 다르다는 사실을 발견하여 비열 개념을 도입했다. 1761년에는 얼음이 녹거나 물이 끓을 때 온도는 변하지 않지만 열이 흡수되거나 방출된다는 사실을 발견하고, 이를 잠열 개념으로 설명했다. 이러한 열에 관한 연구는 그의 친구이자 동료였던 제임스 와트의 증기 기관 개량에 큰 영향을 미쳤다.[13][14]
블랙은 열의 본질에 대해서는 실증주의적 태도를 취했으나, 그의 이론은 당시 열소설 발전에 영향을 주기도 했다.[27] 더불어 그는 1750년경 기존보다 훨씬 정밀한 분석 저울을 개발하여 화학 실험의 정확성을 크게 향상시켰다.[7]
3. 1. 이산화탄소 발견
조지프 블랙은 이산화탄소를 발견한 것으로 널리 알려져 있다. 당시에는 알칼리성 물질이 부식성을 띠는 이유를 플로지스톤설로 설명했는데, 산화 칼슘에 약염기인 탄산 나트륨 또는 탄산 칼륨을 작용시키면 플로지스톤이 발생한다고 생각했다. 블랙은 실험을 통해 이 과정에서 산화 칼슘의 질량이 감소한다는 사실을 발견했고, 이는 반응 결과 기체가 발생했기 때문임을 알아냈다. 그는 이 기체를 '고정된 공기'(fixed air|고정된 공기영어)라고 명명했는데, 이것이 바로 오늘날의 이산화탄소이다.[4]블랙은 1750년에서 1752년경 글래스고에서 “마그네시아 알바”(탄산마그네슘)에 대한 화학 연구를 시작했으며, 이는 나중에 에든버러에서 제출한 의학 박사 논문의 기초가 되었다. 이 연구 과정에서 그는 '고정된 공기'를 발견했다. 그는 석회암(탄산 칼슘)이나 마그네시아 알바를 가열하거나 산으로 처리하면 '고정된 공기'가 생성된다는 것을 확인했다. 특히 마그네시아 알바나 백악(탄산 칼슘)을 가열 처리하고 생성물을 산이나 알칼리로 처리하는 과정에서 질량 변화를 주의 깊고 정확하게 측정하여 정량적 화학 실험의 선구자가 되었다.
블랙은 '고정된 공기'가 일반 공기보다 밀도가 높고, 불꽃이나 동물의 생명을 유지하지 못한다는 성질을 관찰했다. 또한 약염기성의 탄산염이 이 기체를 방출하면 강염기성이 되고, 이것이 다시 기체를 흡수하면 약염기성으로 되돌아간다는 사실도 발견하였다. 그는 생석회(수산화 칼슘) 수용액에 '고정된 공기'를 통과시키면 탄산 칼슘이 침전된다는 현상을 이용하여, 동물의 호흡과 미생물의 발효 과정에서도 동일한 기체가 생성된다는 것을 설명했다.
대부분의 18세기 실험가들처럼 블랙의 화학 개념은 물, 염, 흙, 불, 금속의 다섯 가지 물질 원리에 기반을 두었다.[4] 그는 자신의 실험에서 '고정된 공기'(이산화탄소)의 존재를 보여줌으로써 '공기'라는 원리를 추가하여 기체 화학 발전에 기여했다. 그는 또한 공기 중에도 이 기체가 존재할 것이라고 예측하기도 하였다. 블랙의 연구는 다양한 물질들이 어떻게 결합하는지에 대한 질문, 즉 '친화력'에 대한 탐구로 이어졌으며[5], 그는 에든버러 대학교 학생들에게 실험을 통해 이러한 화학적 결합력을 이해하고 조작하는 방법을 가르쳤다.[6]
3. 2. 잠열과 비열의 개념 정립
1756년 또는 그 직후, 글래스고 대학교 교수로 부임한 블랙은 열에 대한 광범위한 연구를 시작했다.[8] 그는 열량과 온도의 개념을 명확히 구분하고, 물질의 고유한 열적 속성으로서 비열과 잠열의 개념을 정립하였다.1760년, 블랙은 질량은 같지만 온도가 다른 두 물질을 섞는 사고 실험을 통해 비열의 개념을 설명했다. 예를 들어, 질량이 같은 약 37.8°C의 물과 약 65.6°C의 수은을 섞으면, 최종 온도는 약 48.9°C가 된다. 이때 물의 온도는 약 11.1°C 상승하고 수은의 온도는 약 16.7°C 하강하는데, 이는 두 물질이 주고받은 열량은 같지만 온도 변화는 다르다는 것을 의미한다. 이를 통해 블랙은 "수은은 물보다 열을 담는 용량(즉, 비열)이 작다"고 결론지으며, 물질마다 비열이 다르다는 사실을 밝혔다.[9][10] 이는 네덜란드 의사 헤르만 부어하페(Herman Boerhaave)를 대신하여 다니엘 가브리엘 파렌하이트(Daniel Gabriel Fahrenheit)가 수행했던 초기 실험을 바탕으로 한 것이었다.[9]
1761년, 블랙은 얼음이 녹거나 물이 끓는 과정에서 중요한 현상을 발견했다. 녹는점에 있는 얼음에 열을 가해도 온도는 상승하지 않고 얼음이 녹아 물로 변하는 양만 증가하며, 끓는 물에 열을 가해도 온도는 변하지 않고 물이 수증기로 변하는 양만 늘어나는 것을 관찰한 것이다. 블랙은 이때 가해진 열이 물질의 상태 변화에 사용되어 숨어버린다고 생각하고, 이를 '잠열'(caloricum latens|칼로리쿰 라텐스lat)이라고 명명했다.[11] 그는 같은 해 말에 이 가설을 정량적으로 입증하는 데 성공했고, 이후 잠열 개념에 대해 강의하기 시작했다. 1764년에는 수증기의 잠열을 측정하기도 했으나 그 결과는 그다지 정확하지는 않았다.
블랙이 정립한 잠열과 비열의 개념은 열역학 발전의 중요한 토대가 되었으며[12], 그의 가장 중요한 과학적 업적으로 평가받는다. 이러한 이론적 발견은 순수 과학의 발전뿐만 아니라 실용적인 기술 발전에도 큰 영향을 미쳤다. 특히, 블랙의 친구이자 동료였던 제임스 와트는 블랙의 잠열 이론에서 큰 영감을 받았다.[13][14] 블랙은 와트의 초기 증기 동력 연구에 자금 지원을 포함한 상당한 도움을 주었으며, 블랙의 잠열 개념은 와트가 기존 토마스 뉴커먼의 증기 기관의 효율을 획기적으로 개선하는 데 결정적인 이론적 기반을 제공했다. 이는 결과적으로 산업 혁명을 촉진하는 중요한 계기가 되었다.
열의 본질에 대해 블랙 자신은 실험으로 증명할 수 없는 추측을 피하는 실증주의적 태도를 견지했다. 그러나 그의 잠열 및 비열 개념은 열을 일종의 물질(열소)로 간주하는 당시의 열소설과 잘 부합하는 면이 있어, 결과적으로 열소설의 발전을 촉진하는 역할을 하기도 했다. 실제로 그의 제자였던 윌리엄 크레그혼과 윌리엄 어빈 등은 이후 열소설을 더욱 발전시켰다.[27]
3. 3. 분석 저울 개발
1750년경, 아직 학생이었던 블랙은 쐐기 모양의 받침점 위에 균형을 이루는 가벼운 빔을 기반으로 한 분석 저울을 개발했다. 각 팔에는 시료 또는 표준추를 올려놓는 접시가 달려 있었다. 이 저울은 당시 다른 어떤 저울보다 정확도가 훨씬 뛰어났으며, 화학 실험의 정밀도를 크게 높여 대부분의 화학 실험실에서 중요한 과학 기구로 자리 잡게 되었다.[7]
4. 평가 및 영향
조지프 블랙은 이산화 탄소, 잠열, 비열 개념을 발견하여 근대 화학과 열역학 발전의 중요한 토대를 마련한 과학자로 평가받는다. 그의 연구는 18세기 과학 혁명의 주요 성과 중 하나로 꼽힌다.
블랙은 '고정된 공기'(fixed air영어), 즉 이산화 탄소를 발견함으로써 당시 지배적이던 플로지스톤설에 의문을 제기하고 기체 화학 연구의 새로운 장을 열었다. 특히 마그네시아 알바(탄산마그네슘)와 백악(탄산칼슘)을 이용한 실험에서 반응 전후 물질의 질량을 정밀하게 측정하여 정량적 화학 실험 방법의 선구자 역할을 하였다. 그는 탄산염이 이산화 탄소를 방출하면 강염기성을 띠고, 다시 이산화 탄소를 흡수하면 약염기성으로 돌아간다는 사실을 밝혀냈으며, 공기 중에도 이산화 탄소가 존재할 가능성을 예측했다.
또한 블랙은 얼음이 녹거나 물이 끓을 때 온도는 변하지 않지만 열은 계속 흡수된다는 사실을 발견하고 잠열 개념을 정립했다. 그는 열이 물질 입자와 결합하여 숨겨진 상태(잠열)가 된다고 설명했으며, 1761년 이를 정량적으로 입증하려 시도했다. 비록 수증기의 잠열 측정값은 정확하지 않았지만, 잠열 개념 자체는 열에 대한 이해를 심화시키는 데 크게 기여했다. 더불어 물질마다 온도를 올리는 데 필요한 열의 양이 다르다는 것을 발견하여 비열 개념을 도입하고, 열의 양(열량)과 세기(온도)를 명확히 구분했다.
글래스고 대학교 교수로 재직하던 1756년 이후, 블랙은 기계 제작자 제임스 와트와 교류했다. 와트가 뉴커먼 기관을 개량하는 과정에서 블랙의 잠열 연구는 중요한 이론적 배경을 제공했으며, 이는 증기 기관 효율 향상과 산업 혁명 가속화에 간접적으로 기여한 것으로 평가된다.
블랙 자신은 열의 본질에 대해 명확한 입장을 밝히지 않았으나, 그의 정량적인 열 연구와 잠열, 비열 개념은 열을 일종의 물질(유체)로 간주하는 열소설(Caloric theoryeng)의 발전에 영향을 미쳤다. 그의 제자였던 윌리엄 크레그혼과 윌리엄 어빈 등은 이후 열소설을 더욱 발전시켰다.[27] 블랙의 연구는 이처럼 후속 과학 이론과 기술 발전에 폭넓은 영향을 미쳤다.
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