(Celebration of Marie Curie's 100th Anniversary Nobel Prize in Chemistry) 글 도춘호 ( 전순천대교수, choondo@sunchon.ac.kr) 금년은 UN과 IUPAC 이정한 세계화학의해 (International Year of Chemistry 2011) 이다. 올해는또한마리퀴리 ([ 그림 1]) 가노벨화학상을받은지 100년이되는해이기도하다. 세계화 [ 그림 1] 마리퀴리학의해를기념하며노벨상홈페이지중마리퀴리관련내용과 IUPAC 특집호를참고해서마리퀴리의업적과생애를간단히살펴보고자한다. IUPAC에서금년 Chemistry International 1호를여러관점에서본마리퀴리에대한특집호로발행했다 ([ 그림 2]). 2010 년 12월미국하와이에서개최된 Pacfichem 2010 행사를시작으로 ([ 그림 3]) 세계각국에서마리퀴리노벨화학상수상 100주년기념행사를포함한 2011년세계화학의해행사가다양하게진행되었다. 2010년 7월서울에서개최된 [ 그림 2] IUPAC 특집호표지제4회아시아화학교육자대회 (4th Network of Asian Chemistry Educators Symposium) 에서도마리퀴리에대해토론회를개최했다. 마리퀴리는 1898 년폴로늄 (polonium, 원소번호, 84; 원소 기호 Po) 과라듐 (radium, 원소번호, 88; 원소기호, Ra) 원소를 발견했다. 방사성 (radioactive) 이라는말도처음만들었고, 방사선이나오는것은화학적성질이아니라원자핵의변환에 서나오는것이라고가정했다. 마리퀴리의방사선원소의발 견으로원소가변하지않는안정된원소라는개념에서원소도 변환이일어난다는것을일깨워주었다. 노벨화학상을받은첫 여성과학자라는것뿐만아니라치열한탐구정신과사회에대 한봉사정신은지금도귀감이되고있다. 1. 유년시절 [ 그림 3] Pacifichem 2010 마리퀴리에관한포스터전시 (2010 년 12 월, 하와이 ) 34 CHEMICAL EDUCATION
마리퀴리는 1867년 11월 7일폴란드바르샤바 (Warsaw, 폴란드어로는 Warszawa) 에서 1남 4녀의막내로태어났다. 처녀시절에는마리스클로도브스카 (Marie Sklodowska) 로불려졌다. 폴란드에있을때는 nee Maria로불리었는데, 파리로유학간뒤이름을 Marie로바꾸었다. 어릴때부터매우총명한마리퀴리는고등학교를졸업하고새로운지식에대한열망이아주크고, 대학을가고싶었지만폴란드에서는여성이고등교육을받기어려웠고집안형편상여유가없었다. 한편폴란드가당시러시아에의해점령당하고있어서시대상도좋지않았다. 그래서마리퀴리는그녀의언니브로냐 (Bronya) 가먼저파리로가서공부를하고동생마리는언니학비를벌어주기로하고, 그다음언니가공부를마치고취직하면동생마리가파리에서공부하는것을뒷바라지하기로그녀의언니와약속했다. 그래서마리퀴리는폴란드에서개인가정교사로일하면서언니학비를대고, 브로냐는소르본느 (Sorbonne) 대학에서의약을전공했고폴란드출신의사와결혼했다. 약속대로브로냐는동생을뒷바라지를할차례가되었고마리큐리가파리에유학간것은 1891년그녀의나이가 24세때였다. [ 그림 4] 피에르퀴리와마리퀴리부부 2. 프랑스파리유학 [ 그림 5] 마리퀴리와두딸, Irene 와 Eve 1891년프랑스파리소르본느대학에서물리와수학을공부했다. 본래목적은교사자격증을따서폴란드로돌아가려고했다. 고등학교를졸업한뒤 6년동안공부에서멀어졌고프랑스어에서툴렀지만, 새로운세상을만나고새로운학문에대한열정으로어려움을이겨냈다. 1893년 2년간공부로물리학과정을 1등으로마쳤고장학금을받아서다음 1년간수학을전공해서 2등으로졸업했다. 3. 피에르퀴리와결혼 1894년소르본느대학을졸업한뒤강철의자기성질에관한연구비를조금받았는데, 이와관련해서당시 35세인그녀보다 8살많은피에르퀴리 (Pierre Curie) 와만났다. 국제적으로알 려진학자였던피에르퀴리는파리의시립공업물리및화학대학 (Municipal School of Industrial Physics and Chemistry) 실험실교수로재직하고있었다. 외부일에는무관심하고오직온도의변화에따른물질의결정과자기성질에따른연구만하는이상주의자였다. 피에르퀴리는그의동생쟈크와압전현상 (piezoelectricity) 을발견하였다. 마리퀴리와피에르퀴리는 1895년 7월결혼하였다 ([ 그림 4]). 결혼축하금으로받은돈으로두사람은자전거를사서자전거를타는것이유일한여가활동이었다. 1895년피에르퀴리는퀴리의법칙 (Curie s law) 에관한내용으로박사학위논문이통과되었다. 1896년마리퀴리는교사자격증을받았다. 딸이렌느 (Irene) 가 1897년 9월태어났다 ([ 그림 5]). 2011 + Winter 35
4. 연구의시작 [ 그림 6] 뢴트겐 [ 그림 7] 벡크렐 1897년피에르의주선으로남편인피에르의실험실에서연구를할수있게되었다. 강철의자기성질에관한연구를마치고마리퀴리자신의박사학위논문주제를찾기시작했다. 1896 년초독일뮌헨대학의뢴트겐 (Wilhelm Conrad Roentgen) 은 X-선을발견했고 ( 뢴트겐은 1901년노벨물리학상을수상 ) ([ 그림 6]), 같은해프랑스파리폴리테크닉대학의벡크렐 (Henri Becquerel) 은우라늄광물에서방사선 (radioactivity, radioactive ray) 을발견했다 ( 벡크렐은 1903년퀴리부부와같이노벨물리학상을수상 )([ 그림 7]). 마리퀴리는다른화합물에서도방사선이방출되는지를체계적으로조사하기시작했다. 5. 연구의결과와 1903 년노벨물리학상수상 벡크렐은방사선이통과한기체는전기가통한다는것도발표했는데, 이관찰에착안해서마리퀴리는방사선방출의검출을전류계를사용해서검출했다. 전류계를사용하는실험은사진건판을사용하는것보다방사선검출을훨씬더재현성이크고감도가높고정확하게할수있었다. 피에르퀴리가압전현상을연구하면서미세전류측정에사용한전류계를사용하였다. 마리퀴리는우라늄외에토륨 (thorium) 화합물도방사선을방출한다는것을곧알았다. 연구과정에서마리퀴리는방사선양이화합물의종류와상관이없고또우라늄이나토륨양에비례하지않는다는것을발견했다. 방사선방출이화합물의종류와상관없고원자자체의내부성질에기인하는것을발견한것은혁명적발견인셈이다. 마리퀴리는그다음자연에서출토되는여러가지광석에서방사선물질을찾기시작했다. 지질박물관에서시료들을구해서실험했는데, 우라늄광석인피치브랜드 (pitchblende) 에서우라늄양으로예상한수치보다방사선이더많이검출되었다. 이것은우라늄이나토륨보다방사선을더많이방출하는다른원소가존재한다는것을의미한다. 피에르퀴리는자기의연구분야인결정관련연구를그만두고마리퀴리연구에합류했다. 1898년 7월말두사람은우라늄보다 300배나방사선을더많이내는원소를발견했다고발표하고이원소의이름을마리퀴리의고국이름을따서 폴로늄 (polonium) 이라고부르자고제안했다. 1898년 12월말그들은라듐 (radium) 원소를추가해서발견했다. 이들의연구한실험실과장비는형편없는것이었고, 이두원소들을분별결정을통해분리하고정제하는실험도광석 1톤에서라듐화합물을겨우몇백밀리그램을얻는엄청나게힘들고어려운것이었다. 1903년 6월박사학위논문을제출했다. 라듐의발견이후특허를내는것은순수연구의목적에맞지않는다고주장해서특허는내지않았다. 1903년퀴리부부는벡크렐과같이노벨물리학상을받았다. 퀴리부부는노벨상을 1905년스톡홀름에가서받았다. 1906년 4월 19일피에르퀴리가파리에서마차에치여세상을떠났다. 6. 1911 년노벨화학상수상 1906년피에르퀴리가맡았던실험실을마리퀴리가맡게되었다. 1908년마리퀴리는소르본느대학의정교수가되었다. 마리퀴리는연구를계속했다. 1908년수백밀리그람단위의염화라듐을얻고순수한금속라듐도분리해내었다. 1911 년 라듐과폴로늄원소들의발견과라듐의분리와이원소의화합물성질의연구를통해서화학의발전에기여한공로 로노벨화학상을받았다. 마리퀴리의업적은라듐과폴로늄두원소의발견뿐만아니라 방사성 (radioactive, radioactivity) 이라는용어, 방사선방출이화합물의성질이아니라원자의성질이라는것을밝혀서새로운방사선원소들을발견하고방사선과학의새로운분야 36 CHEMICAL EDUCATION
를개척하였다. 방사선동위원소, 방사선분석화학, 지구과학, 재료과학, 생물학, 의학, 공업, 농업분야에새로운장을열고응용하게되었다. 원자도깨어질수없는것이아니라방사선을방출하고다른원자로변환된다는것을밝혔다. 마리퀴리는토륨에서부터원자가붕괴해서라돈, 폴로늄으로변환하고이붕괴계열은우라늄의붕괴와도연결될수있다고가정했다. 이가정을 1935년이후확립된복잡한방사선원자붕괴사슬에따라표시하면 ( 식 1) 과같다. 238 U 230 Th 226 Ra ( 식 1) 206 Pb 210 Po 222 Rn [ 그림 8] 마리퀴리와그녀의딸이렌느 그당시, α, β, γ선에대한성질에대한연구도활발하였고원소들의붕괴과정도연구가시작되었고, 현대핵물리학이시작한계기도된다. 마리퀴리는또한극미량까지측정할수있는방사선분석방법을알렸고, 암을방사선으로치료하는의학에방사선의학을도입하는것을포함한다. 마리퀴리는또한라듐이같은무게의우라늄보다약 500만배방사선을더많이방출하고, 시간당 1 g에서약 118 cal 의열을발생한다는것을발견했는데, 이것은핵분열에서열이발생하는것을발전으로응용할수있는단서를제공했다고볼수있다. 7. 사회공헌 마리퀴리는제1차세계대전 (1914-1918) 중 리틀퀴리 라고애칭을가진 X-선장비를갖춘응급차들을운영하며전쟁터에서부상병들을검진하고돌보는데참여했다. 전쟁이끝난뒤라듐연구소 (Radium Institute) 를운영하기시작했다. 미국여성잡지기자인마리말로니 (Marie Maloney) 의주선으로마리퀴리는라듐연구를위한모금을위해미국을두차례방문했다. 1921년미국을방문해서여러곳에서대학과대중을상대로강연을했다. 미국여성들특히여성과학자들에게큰용기를주었고또한과학을일반대중에게이해시키는큰계기가되었다. 미국여행으로미국에서라듐 1그램을 미국하딩 (W. Harding) 대통령으로부터선물로받았다. 1929 년미국을한번더방문하고이때에도라듐을선물로받아서폴란드에라듐연구소를세우는데기여했다. 이때는미국에서후버 (H. C. Hoover) 대통령을만났다. 마리퀴리의딸이렌느와사위프레데릭졸리오 (Fredelic Joliot) 는 1935 년인공방사선의발견으로노벨화학상을받았다 ([ 그림 8]). 마리퀴리는 1934년 7월 4일프랑스에서방사선노출에따른백혈병으로세상을떠났다. 1995년 4월 20일프랑스미테랑 (F. Mitterand) 대통령은퀴리부부를저명한파리시민을묻는파리판테온 (Paris Pantheon) 에옮겨서묻었다. 이것은첫외국인이고첫여성인마리퀴리에게과학의발전에이바지한공로에대한영예를추서한것이다. 참고문헌 1. IUPAC, Chemistry International, 33, No. 1 (2011). 2. 노벨상홈페이지 : "The Nobel Prize in Chemistry 1911", http: //www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1911/ 3. N. Froman, "Marie and Pierre Curie and the Discovery of 2011 + Winter 37
Polonium and Radium", http://www.nobelprize.org/nobel_ prizes/physics/articles/curie/ 4. 데니스브라이언지음 / 전대호옮김, 퀴리가문, 지식의숲 ( 서울 ), 2008. 38 CHEMICAL EDUCATION