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폴 플로리

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목차

1. 개요

폴 플로리는 미국의 화학자로서, 고분자 화학 분야에 기여하여 1974년 노벨 화학상을 수상했다. 유년 시절 일리노이주에서 보낸 그는 맨체스터 대학교에서 학사 학위를, 오하이오 주립대학교에서 박사 학위를 취득했다. 듀폰, 신시내티 대학교, 스탠더드 오일, 굿이어, 코넬 대학교, 멜론 산업 연구소, 스탠퍼드 대학교 등에서 연구 및 교육 활동을 했다. 플로리는 중합 반응 속도론, 플로리-스톡마이어 겔화 이론, 플로리-휴긴스 용액 이론, 배제 부피와 세타점 개념, 플로리 지수 등 고분자 화학의 여러 핵심 개념을 정립했다. 주요 저서로는 "고분자 화학의 원리"와 "사슬 분자의 통계 역학" 등이 있다.

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폴 플로리 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
1973년 폴 플로리
1973년 플로리
출생 이름Paul John Flory
출생일1910년 6월 19일
출생지미국 일리노이주 스털링
사망일1985년 9월 9일
사망지미국 캘리포니아주 빅서
국적미국
학문 분야
분야물리화학
고분자 화학
고분자 물리학
소속듀폰
스탠퍼드 대학교
카네기 멜런 대학교
코넬 대학교
출신 대학맨체스터 대학교 (인디애나)
오하이오 주립 대학교
박사 지도 교수헤릭 L. 존스턴
주요 업적고분자 화학
고분자 물리학
플로리 규칙
플로리-폭스 방정식
플로리-허긴스 용액 이론
플로리-레너 방정식
플로리-슐츠 분포
플로리-슈토크마이어 이론
무작위 순차 흡착
별 모양 고분자
자기 회피 보행
수상 내역
수상노벨 화학상 (1974년)
미국 국가 과학상 (1974년)
프리스트리 메달 (1974년)
퍼킨 메달 (1977년)
엘리엇 크레슨 메달 (1971년)
피터 디바이상 (1969년)
찰스 굿이어 메달 (1968년)
윌리엄 H. 니콜스 메달 (1962년)
콜윈 메달 (1954년)

2. 생애

폴 플로리는 1910년 6월 19일 일리노이주 스털링에서 태어났다. 아버지 에즈라 플로리는 성직자 겸 교육자였고, 어머니 마사 브럼보는 교사였다. 플로리 가문의 조상은 알자스 출신의 독일계 위그노였다.[4][5] 그는 인디애나주 맨체스터 칼리지의 화학 교수였던 칼 W. 홀에게서 처음으로 과학에 대한 관심을 갖게 되었다. 1936년에는 에밀리 캐서린 테이보르와 결혼하여 수잔 스프링거, 멜린다 그룸, 폴 존 플로리 주니어라는 세 자녀를 두었다.[6][7]

1927년 엘진의 엘진 고등학교를 졸업한 후, 1931년 맨체스터 대학교에서 학사 학위를, 1934년 오하이오 주립대학교에서 박사 학위를 받았다. 그는 세실 E. 부어드 교수의 지도하에 유기화학으로 석사 과정을 1년 수료한 후[9] 물리화학으로 전공을 바꾸었다. 플로리의 박사 학위 논문은 헤릭 L. 존스턴 교수의 지도하에 질소산화물의 광화학에 관한 것이었다.[10]

플로리는 1934년 듀폰 중앙 연구부에 합류하여 월리스 캐러더스와 함께 연구를 시작했다.[10] 1937년 캐러더스가 사망한 후, 신시내티 대학교에 위치한 기초 연구소에서 2년간 근무했다. 제2차 세계 대전 중에는 합성 고무 개발 연구의 필요성으로 인해 스탠더드 오일 개발 회사의 에소 연구소에 합류했다.[9] 1943년부터 1948년까지는 굿이어 타이어 앤드 러버 회사의 고분자 연구팀에서 일했다.[2]

1948년, 플로리는 코넬 대학교에서 조지 피셔 베이커 강연을 했고, 이후 교수로 대학에 합류했다.[2] 1957년에는 펜실베이니아주 피츠버그로 이주하여 멜론 산업 연구소의 연구 이사가 되었다.[2] 1961년, 스탠퍼드 대학교 화학과 교수로 자리를 옮겼다. 은퇴 후에도 플로리는 스탠퍼드와 IBM에서 연구소를 운영하며 화학계에서 활발하게 활동했다.[2]

플로리는 중합반응의 반응속도론을 연구하고, 라디칼 반응 개념을 도입하여 고분자 크기 분포 이론의 모순을 해결하는 등 고분자화학 발전에 크게 기여했다. 배제 부피 개념을 고분자에 도입하고, 플로리-허긴스 용액 이론을 발전시키는 등 다양한 업적을 남겼다.

1953년에는 국제이론물리학회 참석차 일본을 방문하기도 했다.

플로리는 1985년 9월 9일 캘리포니아주 빅서에서 심장마비로 사망했다.[8] 2002년에는 사후 알파 키 시그마 명예의 전당에 헌액되었다.[11]

2. 1. 유년 시절과 교육

폴 플로리는 1910년 6월 19일 일리노이주 스털링에서 에즈라 플로리와 마사 브럼보의 아들로 태어났다. 그의 아버지는 성직자 겸 교육자였고, 어머니는 교사였다. 그의 조상은 알자스 출신의 독일계 위그노였다.[4][5] 그는 인디애나주 맨체스터 칼리지의 화학 교수였던 칼 W. 홀에게서 처음으로 과학에 대한 관심을 갖게 되었다. 1936년 그는 에밀리 캐서린 테이보르와 결혼하여 수잔 스프링거, 멜린다 그룸, 폴 존 플로리 주니어 세 자녀를 두었다.[6][7]

1927년 엘진의 엘진 고등학교를 졸업한 후, 플로리는 1931년 인디애나주의 맨체스터 대학교에서 학사 학위를, 1934년 오하이오 주립대학교에서 박사 학위를 받았다. 그는 세실 E. 부어드 교수의 지도하에 유기화학으로 석사 과정 1년을 수료한 후[9] 물리화학으로 전공을 바꾸었다. 플로리의 박사 학위 논문은 헤릭 L. 존스턴 교수의 지도하에 질소산화물의 광화학에 관한 것이었다.[10]

2. 2. 연구 경력

1934년 플로리는 듀폰(DuPont and Company) 중앙 연구부에 합류하여 월리스 캐러더스(Wallace H. Carothers)와 함께 일했다.[10] 1937년 캐러더스가 사망한 후 플로리는 신시내티 대학교에 위치한 기초 연구소에서 2년간 근무했다. 제2차 세계 대전 중 합성 고무 개발 연구의 필요성이 생겨 플로리는 스탠더드 오일 개발 회사(Standard Oil Development Company)의 에소 연구소에 합류했다.[9] 1943년부터 1948년까지 플로리는 굿이어 타이어 앤드 러버 회사(Goodyear Tire and Rubber Company)의 고분자 연구팀에서 일했다.[2]

1948년 플로리는 코넬 대학교(Cornell University)에서 조지 피셔 베이커 강연을 했고, 이후 교수로 대학에 합류했다.[2] 1957년 플로리와 그의 가족은 펜실베이니아주 피츠버그로 이주했고, 플로리는 멜론 산업 연구소(Mellon Institute of Industrial Research)의 연구 이사가 되었다.[2] 1961년 그는 스탠퍼드 대학교(Stanford University) 화학과 교수직을 맡았다. 은퇴 후에도 플로리는 스탠퍼드와 IBM에서 연구소를 운영하며 화학계에서 활발하게 활동했다.[2]

고분자화학 관련 그의 초기 연구는 중합반응의 반응속도론에 관한 것으로, 듀폰(DuPont) 연구소에서 수행되었다. 그는 축합중합에서 말단의 반응성이 감소하는 것을 추정하고, 반응성은 분자 크기와 무관하며, 사슬의 수는 크기와 함께 지수적으로 감소한다는 것을 발견했다. 첨가중합에서는, 그는 반응속도 방정식을 개선하고 고분자 크기 분포 이론의 모순을 해결하기 위해 라디칼 반응 개념을 도입했다.

1938년, 캐러더스(Carothers)가 사망하자 그는 신시내티 대학교 기초과학연구소로 자리를 옮겼다. 여기서 그는 두 개 이상의 작용기를 가진 화합물의 중합에 관한 수학적 이론과 고분자의 겔 형성 이론을 완성했다.

1940년에는 뉴저지주 린든에 있는 스탠더드 오일(Standard Oil) 연구소로 옮겨 고분자 혼합물의 통계적 이론을 만들었다. 1943년에는 고분자 연구 그룹 리더로 굿이어(Goodyear)에 합류했다. 1948년 봄, 코넬 대학교 화학과 학과장이었던 피터 데바이(Peter Debye)는 1년간의 강의를 위해 플로리(Flory)를 초빙했다. 같은 해 가을, 그는 코넬 대학교에서 일할 것을 요청받았다. 그는 여기서의 강의 내용을 대작 "Principles of Polymer Chemistry"로 정리하여 1953년 코넬 대학교 출판부에서 출판했다. 이 책은 곧 이 분야 종사자 모두의 표준 교재가 되었고, 오늘날에도 널리 사용되고 있다.

플로리는 1934년 베르너 쿠네(Werner Kuhn)가 고안한 배제 부피 개념을 고분자에 도입했다. 배제 부피 개념에 의해, 어떤 분자 사슬의 일부는 이미 같은 분자의 다른 부분이 차지하고 있는 공간에는 존재할 수 없다는 생각이 생겨난다. 또한 이 개념에 의해, 고분자 사슬의 말단은 배제 부피가 없다고 가정했을 때보다 고분자 중심에서 더 멀리 밀려난다는 것을 알 수 있다. 용액 중 장쇄 분자 분석에 배제 부피 개념이 중요한 역할을 한다는 것을 알게 된 것은 이 분야 연구의 획기적인 발견이었고, 당시에는 해결하기 어렵다고 생각되었던 많은 문제에 대한 설명을 제공했다. 또한 배제 부피의 영향이 상쇄되는 실험 조건인 제타점(zeta point)의 개념도 고안되었다. 제타점에서는 분자 사슬이 이상적인 사슬의 거동을 보이지 않고, 배제 부피에 의한 장거리 상호작용이 작용하지 않아, 구조, 결합, 인접 분자 간의 정적인 상호작용과 같은 특성을 쉽게 측정할 수 있다. 플로리는 배제 부피의 영향이 제타점에서 사라지면 이상 용액에서 고분자의 크기를 측정할 수 있을 것이라고 기대했다.

그의 업적에는 이상 용액에서 고분자의 크기를 추정하는 독자적인 방법과 용액에서 고분자의 움직임을 파악하기 위한 플로리 지수를 확장한 플로리-허긴스 이론(플로리-허긴스 용액 이론)이 있다.

1953년에는 국제이론물리학회 도쿄 & 교토에서 일본을 방문했다.

2. 3. 개인적인 삶

폴 플로리는 1910년 6월 19일 일리노이주 스털링에서 에즈라 플로리와 마사 브럼보의 아들로 태어났다. 아버지는 성직자 겸 교육자였고, 어머니는 교사였다. 그의 조상은 알자스 출신의 독일계 위그노였다.[4][5] 인디애나주 맨체스터 칼리지의 화학 교수였던 칼 W. 홀에게서 처음으로 과학에 대한 관심을 갖게 되었다. 1936년 에밀리 캐서린 테이보르와 결혼하여 수잔 스프링거, 멜린다 그룸, 폴 존 플로리 주니어 세 자녀를 두었다. 첫 직책은 월리스 캐러더스와 함께 듀폰에서였다.[6][7] 2002년 사후 알파 키 시그마 명예의 전당에 헌액되었다.[11] 1985년 9월 9일 심장마비로 사망했다.[8] 아내 에밀리는 2006년 94세의 나이로 사망했다.

1961년 스탠퍼드 대학교 교수가 되어 1975년에 은퇴했다.[18] 은퇴 후에도 활동을 계속했으며, 최근에는 IBM의 컨설턴트로 활동했다. 에밀리 캐서린 테일러와 사이에 세 자녀를 두었고, 모두 물리학의 길을 걸었다. 1985년 캘리포니아주 빅서에서 심장마비로 사망했다.

3. 연구 업적

폴 플로리는 듀폰 실험소에서 중합 반응 속도론 분야를 연구하면서 고분자 과학 연구를 시작했다. 축합 중합에서 고분자 사슬이 길어짐에 따라 말단기의 반응성이 감소한다는 가정에 의문을 제기하고, 반응성이 크기와 무관하다고 주장하여 사슬의 수가 크기에 따라 지수적으로 감소한다는 결론을 얻었다. 첨가 중합에서는 반응 속도 방정식을 개선하고 고분자 크기 분포에 대한 이해를 돕기 위해 사슬 이동이라는 중요한 개념을 도입했다.[11]

캐러더스 사후, 신시내티 대학교 기초과학연구소로 옮겨 두 개 이상의 작용기를 가진 화합물의 중합 및 고분자 네트워크, 겔에 대한 이론을 개발했다. 이는 플로리-스톡마이어 겔화 이론으로 이어졌으며, 베테 격자상의 침투 현상과 동등하고 이 분야의 최초 논문이다.[11]

1940년 스탠더드 오일 개발 회사 뉴저지주 린든 연구소에 합류하여 고분자 혼합물에 대한 통계 역학 이론을 개발했고, 우수한 용액에서 고분자의 가능성 있는 크기를 계산하는 독창적인 방법과 플로리 지수를 유도했다.[2]

1934년 베르너 쿤이 제시한 배제 부피 개념을 고분자에 도입했다. 배제 부피는 긴 사슬 분자의 한 부분이 이미 같은 분자의 다른 부분이 차지하고 있는 공간을 차지할 수 없다는 개념으로, 용액 내 고분자 사슬의 양 끝이 (평균적으로) 배제 부피가 없을 때보다 더 멀리 떨어져 있게 만든다. 이는 용액 내 장쇄 분자 분석에 중요한 요소로 작용하여, 당시의 몇 가지 수수께끼 같던 실험 결과를 설명하는 데 기여했다. 또한 세타점 개념으로 이어졌는데, 이는 배제 부피 효과가 상쇄되는 실험을 수행할 수 있는 조건의 집합이다.[2]

플로리 규칙은 거대 분자 내 원자의 위치 벡터를 모델링할 때 직교 좌표를 일반화 좌표로 변환하는 데 사용된다.

3. 1. 고분자 화학 반응 속도론

플로리는 듀폰 실험소에서 중합 반응 속도론 분야를 연구하면서 고분자 과학 연구를 시작했다. 축합 중합에서 그는 고분자 사슬이 길어짐에 따라 말단기의 반응성이 감소한다는 가정에 의문을 제기했다. 그는 반응성이 크기와 무관하다고 주장하여 사슬의 수가 크기에 따라 지수적으로 감소한다는 결론을 얻었다. 첨가 중합에서는 반응 속도 방정식을 개선하고 고분자 크기 분포에 대한 이해를 돕기 위해 사슬 이동이라는 중요한 개념을 도입했다.

1938년 캐러더스 사후, 플로리는 신시내티 대학교 기초과학연구소로 옮겨 두 개 이상의 작용기를 가진 화합물의 중합에 대한 수학적 이론과 고분자 네트워크 또는 겔에 대한 이론을 개발했다. 이는 플로리-스톡마이어 겔화 이론으로 이어졌으며, 베테 격자상의 침투 현상과 동등하고 침투 현상 분야의 최초 논문이다.[11]

3. 2. 플로리-스톡마이어 겔화 이론

1938년, 캐러더스 사후 플로리는 신시내티 대학교의 기초과학연구소로 자리를 옮겼다. 그곳에서 그는 두 개 이상의 작용기를 가진 화합물의 중합에 대한 수학적 이론과 고분자 네트워크 또는 겔에 대한 이론을 개발했다. 이는 플로리-스톡마이어 겔화 이론으로 이어졌는데, 이는 베테 격자상의 침투 현상과 동등하며 침투 현상 분야의 최초 논문을 나타낸다.[11]

3. 3. 플로리-허긴스 용액 이론

플로리는 용액 속 고분자의 형태와 관련된 여러 이론들을 개발하고 연구하였는데, 그 중 대표적인 것이 플로리-허긴스 용액 이론이다.[2] 그는 1940년 스탠더드 오일 개발 회사의 뉴저지주 린든 연구소에 합류하여 고분자 혼합물에 대한 통계 역학 이론을 개발했다.[11] 그의 업적에는 우수한 용액에서 고분자의 가능성 있는 크기를 계산하는 독창적인 방법, 플로리 지수의 유도 등이 포함된다.[2]

플로리는 1934년 베르너 쿤이 처음 제시한 배제 부피 개념을 고분자에 도입했다. 배제 부피는 긴 사슬 분자의 한 부분이 이미 같은 분자의 다른 부분이 차지하고 있는 공간을 차지할 수 없다는 개념이다. 배제 부피는 용액 내 고분자 사슬의 양 끝이 (평균적으로) 배제 부피가 없을 때보다 더 멀리 떨어져 있게 만든다. 이러한 배제 부피 개념은 용액 내 장쇄 분자 분석에 중요한 요소로 작용하여, 당시의 몇 가지 수수께끼 같던 실험 결과를 설명하는 데 기여했다. 또한 세타점 개념으로 이어졌는데, 이는 배제 부피 효과가 상쇄되는 실험을 수행할 수 있는 조건의 집합이다. 세타점에서 사슬은 이상적인 사슬 특성으로 회귀한다. 즉, 배제 부피로 인한 장거리 상호 작용이 제거되어 실험자가 구조 기하학, 결합 회전 전위 및 근접 이웃 그룹 간의 입체 상호 작용과 같은 단거리 특징을 더 쉽게 측정할 수 있게 된다. 플로리는 세타점에서 실험하여 배제 부피 상호 작용을 상쇄하면 고분자 용융체의 사슬 치수가 이상 용액 내 사슬에 대해 계산된 크기를 갖는다는 것을 정확하게 확인했다.

3. 4. 배제 부피와 세타점

플로리는 1934년 베르너 쿤이 처음 제시한 배제 부피 개념을 고분자에 도입했다.[2] 배제 부피는 긴 사슬 분자의 한 부분이 이미 같은 분자의 다른 부분이 차지하고 있는 공간을 차지할 수 없다는 개념이다. 배제 부피는 용액 내 고분자 사슬의 양 끝이 (평균적으로) 배제 부피가 없을 때보다 더 멀리 떨어져 있게 만든다. 배제 부피가 용액 내 장쇄 분자 분석에 중요한 요소라는 인식은 중요한 개념적 돌파구를 제공했으며, 당시의 몇 가지 수수께끼 같은 실험 결과를 설명하는 데 기여했다. 또한 세타점 개념으로 이어졌는데, 이는 배제 부피 효과가 상쇄되는 실험을 수행할 수 있는 조건의 집합이다.[2] 세타점에서 사슬은 이상적인 사슬 특성으로 회귀한다. 즉, 배제 부피로 인한 장거리 상호 작용이 제거되어 실험자가 구조 기하학, 결합 회전 전위 및 근접 이웃 그룹 간의 입체 상호 작용과 같은 단거리 특징을 더 쉽게 측정할 수 있다. 플로리는 세타점에서 실험하여 배제 부피 상호 작용을 상쇄하면 고분자 용융체의 사슬 치수가 이상 용액 내 사슬에 대해 계산된 크기를 갖는다는 것을 정확하게 확인했다.

3. 5. 플로리 지수

플로리 지수(Flory exponent영어)는 용액 내 고분자의 움직임을 파악하는 데 도움을 주는 지수이다.[2] 플로리는 우수한 용액에서 고분자의 가능성 있는 크기를 계산하는 독창적인 방법을 고안했으며, 플로리-휴긴스 용액 이론을 발전시켰다.[2]

3. 6. 플로리 규칙

거대 분자 내 원자의 위치 벡터를 모델링할 때는 종종 직교 좌표(x, y, z)를 일반화 좌표로 변환해야 한다. 이때 일반적으로 플로리 규칙을 사용하여 관련 변수를 정의한다. 예를 들어, 펩타이드 결합은 이 결합 내 모든 원자의 x, y, z 위치로 설명하거나 플로리 규칙을 사용할 수 있다. 여기서 결합 길이 l_i, 결합각 \theta_i 및 이면각 \phi_i를 알아야 한다. 직교 좌표에서 일반화 좌표로의 벡터 변환을 적용하면 플로리 규칙을 사용하여 동일한 3차원 구조를 설명할 수 있다.

4. 수상 및 영예

폴 플로리의 수상 및 영예
연도상 이름
1953년미국 국립 과학 아카데미 회원[12]
1957년미국 예술 과학 아카데미 회원[13]
1962년윌리엄 H. 니콜스상
1968년찰스 굿이어 메달[14]
1969년피터 디바이상
1971년엘리엇 크레슨 메달
1973년윌라드 기브스상
1973년화학 개척자상
1974년노벨 화학상 ("거대 분자의 물리 화학에 대한 그의 기본적인 이론적 및 실험적 업적")[16]
1974년미국 국가 과학상 ("고분자 물질의 형성과 구조" 연구)[17]
1974년프리스틀리 메달[14]
1974년업적 아카데미 골든 플레이트 상[14]
1977년퍼킨 메달
1977년칼-디트리히-하리스 메달[15]


5. 저서


  • 폴 플로리, 《고분자 화학의 원리》(Principles of Polymer Chemistry), 코넬 대학교 출판부, 1953년.
  • 폴 플로리, 《사슬 분자의 통계 역학》(Statistical Mechanics of Chain Molecules), 인터사이언스, 1969년. 1989년 재발행.
  • 폴 플로리, 《폴 J. 플로리의 선정 작품》(Selected Works of Paul J. Flory), 스탠퍼드 대학교 출판부, 1985년.

참조

[1] 웹사이트 SCI Perkin Medal https://www.scienceh[...] 2016-05-31
[2] 저널 Obituary: Paul John Flory 1986-11
[3] 웹사이트 The Nobel Prize in Chemistry 1974 https://www.nobelpri[...]
[4] 웹사이트 Paul J. Flory – Biographical https://www.nobelpri[...] 1974
[5] 저널 Paul John Flory 1910–1985 https://www.nasonlin[...] 2002
[6] 웹사이트 Finding Aid to the Paul J. Flory papers, 1931–1985 bulk 1950–1978 http://othmerlib.sci[...] 2001
[7] 서적 Polymer Pioneers: A Popular History of the Science and Technology of Large Molecules Center for History of Chemistry 1986
[8] 저널 Paul J. Flory (1910-1985) https://www.nature.c[...]
[9] 웹사이트 Paul John Flory: A Biographical Memoir http://www.nasonline[...]
[10] 웹사이트 Paul J. Flory Nobel Prize-Winning American Chemist Britannica https://www.britanni[...] 2023-06-15
[11] 웹사이트 Fraternity – Awards – Hall of Fame http://www.alphachis[...] 2018-05-23
[12] 웹사이트 Paul J. Flory http://www.nasonline[...]
[13] 웹사이트 Paul John Flory https://www.amacad.o[...]
[14] 웹사이트 Golden Plate Awardees of the American Academy of Achievement https://achievement.[...] American Academy of Achievement
[15] 웹사이트 Carl-Dietrich-Harries-Medal for commendable scientific achievements https://www.dkg-rubb[...] DKG
[16] 웹사이트 The Nobel Prize in Chemistry 1974 https://www.nobelpri[...] Nobel media
[17] 웹사이트 The President's National Medal of Science: Recipient Details https://www.nsf.gov/[...] National Science Foundation
[18] 웹사이트 스탠포드 대학교 화학과 https://chemistry.st[...]
[19] 저널 Obituary: Paul John Flory http://www.physicsto[...] 2017-08-31


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