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TAG: MPI (막스플랑크연구소)

작성 2014-09-16
조회 2,260

출생1884-03-24 마스트리흐트
국적 미국, 네덜란드
분야물리화학
소속카이저빌헬름협회의 소장
출신대학뮌헨 대학교
주요업적기체 내의 쌍극자모멘트와 엑스선 및 전자의 회절 연구
수상노벨 화학상 (1936)

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인물정보

미국의 물리학자. 저온에서의 비열 이론으로 아인슈타인의 비열식을 개량한 ‘디바이의 비열식’으로 양자론 진보에 공헌했다. 또 X선 회절 연구에서 디바이셰러법을 고안해 작은 결정으로 된 물질의 결정 구조해석에 유력한 수단을 제공했다.

1884년 3월 24일 네덜란드 마스트리흐트에서 태어났다. 17살 때 아헨의 기술교육 기관에 들어가 전자 장비 기술을 전공하여 1905년 대학을 졸업한다. 그는 곧바로 그 기관의 기술 역학에 있어 보조교사의 자리를 얻게 된다. 동시에 그는 조머펠트로부터 영향을 받아 물리학에 관심을 갖게 된다.

드비에는 조머펠트를 따라 뮌헨 대학교로 가서 1910년 임의의 전기적 특성의 분야에 방사선의 압력의 수학적 분석으로 박사학위를 받은 뒤, 취리히대학교와 위트레흐트대학교, 괴팅겐대학교, 라이프치히대학교에서 물리학을 강의하고 1935년에는 베를린의 카이저빌헬름협회의 소장직을 맡았다. 독일이 네덜란드를 침공하기 2개월 전인 1940년에 코넬대학교에서 강의를 하기 위해 뉴욕으로 거처를 옮겼고, 1950년 화학과학과장으로 물러날 때까지 그 곳에서 머물렀다.

1936년 쌍극자모멘트, X선, 기체 내에서 빛의 산란 등을 연구한 공로로 노벨화학상을 수상했다. 드베이어는 쌍극자 모멘트를 연구해 분자 안에 있는 원자들의 배열과 원자들 사이의 거리에 대한 인식을 넓혔다. 1916년 X선을 이용해 분말형태로 된 고체의 결정구조를 연구할 수 있다는 사실을 밝힘으로써 구조를 잘 알 수 있는 결정을 얻는 데 필요한 어려운 단계를 없앴다. 1923년 에리히 휘켈과 함께 용액에 존재하는 염이 양이온과 음이온으로 해리된다는 스반테 아레니우스의 이론을 발전시켜 이온화가 부분적으로가 아니라 완전히 이루어진다는 사실을 입증했다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
화학자들은 분자 내 원자들의 상대적 위치를 나타내는 입체화학식으로 화합물 구조에 대한 개념을 오랫동안 표현해 왔습니다. 수십 년 동안 축적된 화학적 경험이 이와 같은 화학식에 모여 있습니다. 이것으로 매우 다양한 화합물을 조사할 수 있었고 실제로 얻은 경험을 축적하여 반응이 일어날 가능성에 대한 통찰력을 주었습니다. 새로운 염료, 약 조제, 폭약, 그리고 변하기 쉬운 특성의 유용한 물질들을 제조하는 일에서 구조식은 확실한 안내자입니다. 그것이 원자집합체의 실제적인 구조원리를 표현할 때 물리학자조차 의심의 여지 없이 훌륭한 방식으로 물질의 화학적 운동을 반영한다고 올해 노벨 화학상 수상자는 설명하고 있습니다. 그러나 이 화학식은 분자의 실제 모델을 표현하는 것이 아니라 원자들의 그룹을 나타낼 뿐입니다.

화학자들이 그려 낸 분자구조의 이미지를 정확히 확인한 것과 화합물내 원자들의 명확한 배열을 알게 된 것은 최근입니다. 이와 같은 목적을 위해 엑스선을 이용하여 화학적인 연구가 진행되었습니다. 원자들이 일정하게 배열되어 있는 물질에 광선이 투과하면 간섭의 결과로 회절된 방사선은 어떤 방향으로는 약화되고 어떤 방향으로는 강화됩니다. 유리나 금속판 위의 가깝게 그어진 등거리선들, 즉 회절발을 통해 빛이 회절되면 일반적인 빛이 스펙트럼으로 퍼지는 것과 같은 현상을 나타냅니다. 폰 라우에와 브래그 부자가 어떻게 이 간섭현상을 결정 내의 정규적인 원자배열을 결정하는 데 사용할 수 있는지를 보여서 1914년과 1915년에 노벨 물리학상을 받았습니다. 드비예 교수는 합력 분야 연구에서 일어나는 현상을 연구하는 데 큰 몫을 하였고 엑스선 결정학 방법의 개발에 중요한 기여를 하였습니다.

이 연구를 하던 중에 드비예 교수는 같은 기체분자들의 구조로부터 나오는 상당히 단순한 배열 형태도 엑스선이 기체를 통과했을 때 측정할 수 있는 간섭효과를 만들어 내기에 충분하다는 것을 발견했습니다. 결정에서 엑스선의 상대적인 움직임처럼 회절된 광선은 회절각에 따라 규칙적으로 변하는 세기를 가집니다. 드비예 교수는 후에 이 현상에 대한 완벽한 이론을 만들어 분자구조 결정에 중요한 방법을 개발하였습니다. 알려진 파장의 엑스선 다발이 기체를 통과하면 회절된 방사선이 사진으로 기록됩니다. 드비예 이론의 도움으로 예상되는 분자모델과 회절된 방사선의 세기분포가 일치하는지 확인할 수 있습니다. 만약 원자들의 배열이 확인되면 그들의 크기가 결정되고, 따라서 분자구조에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있습니다.

고속의 음전하입자, 즉 전자로 구성된 음극선을 전자선이라고 부르는데 이것은 드브로이가 의해 발견하였고 파의 특성을 가지며 분자구조를 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 따라서 엑스선 간섭에 대한 디바이 이론을 쉽게 응용할 수 있습니다. 그러나 한 가지 차이가 있는데 전자선은 주로 원자핵을 통해 회절되는 반면 엑스선은 원자핵을 둘러싸는 전자구름에 의해 산란됩니다. 이 결과로 전자간섭은 분자에 있는 원자핵 위치에 대한 정보를 주고 엑스선 간섭은 전자구름의 인력중심이 어디에 있는지 나타냅니다. 그러나 실제적으로 이와 같은 방법으로 결정된 입자시스템은 동일합니다. 즉 양쪽 경우 모두 확인되는 것은 원자 중심의 위치입니다.

드비예 교수는 물질이 전하를 띠는 성분으로 이루어져 있다는 사실을 분자구조 연구의 또 다른 중요한 방법으로 사용하였습니다. 드비예 교수에 따르면 콘덴서의 전하를 띤 판 사이에 물질을 두면 그 분자에 작용하는 전기장의 효과를 두 배로 할 수 있다고 합니다. 모든 원자 내에 있는 양성핵이 둘러싸인 전자구름에 따라 변화하고 이로써 전자구름이 변형되며 따라서 분자 내 원자의 상대적 위치가 흐트러지게 됩니다. 이같은 변형효과에 어떤 경우에는 방향효과도 일어납니다. 분자가 가진 전하의 분포가 비대칭이면 전기장은 어떤 방식으로든 이것을 배열하기 위해 노력합니다. 그와 같은 분자는 이른바 쌍극자모멘트를 가지게 됩니다. 전기장에 대해 하나는 양성, 하나는 음성인 두 개의 동일한 전하를 포함하고 서로로부터 일정한 거리에 모여 있습니다. 이 거리와 전하의 곱이 분자의 쌍극자모멘트입니다. 분자구조에 관하여 중요한 결론을 끌어낼 수 있기 때문에 이것의 크기를 아는 것이 중요합니다.

드비예 교수는 분자의 전기장효과에 관한 이론을 자세히 정리했으며 쌍극자모멘트를 측정하는 방법을 만들었습니다. 쌍극자모멘트는 온도에 따라 변하는 절연력과 밀도를 측정하여 잴 수 있습니다. 드비예 이론은 희박한 기체에만 적용하였는데 이것은 분자들 사이의 상호작용을 고려할 필요가 없기 때문입니다. 그러나 쌍극자모멘트를 계산하기 위해 필요한 기체실험의 재료를 준비하는 것은 어렵습니다. 실험적으로 이미 증명되었듯이 드비예 이론은 비극성 용매로 희석한 용액에도 큰 오차 없이 적용할 수 있습니다.

서로에게 매우 보완적인 이 새로운 방법의 연구로 무기 및 유기 분자 구조에 대한 많은 중요한 정보가 모아졌습니다. 엑스선과 전자 간섭의 도움으로 현재 적어도 100개의 물질이 확인되었고 수천 개의 물질에 대한 분자구조가 쌍극자모멘트 측정으로 밝혀졌습니다. 분자의 전하대칭에 대한 연구는 매우 가치가 있으며 특히 유기화학 분야에서 그렇습니다. 예를 들면 유기화합물 내에 존재하는 원자들 사이의 결합을 고유 전기모멘트로 확인할 수 있습니다. 그러나 특징적인 모멘트가 원자그룹이나 라디칼에서도 발견됩니다. 물체에 작용하는 힘이 합력으로 표현될 수 있는 것처럼 이 같은 결합이나 라디칼 모멘트는 상당히 정확하게 합력의 총모멘트로 합쳐질 수 있습니다. 구조식은 쌍극자모멘트를 계산하고 실험으로 알아낸 쌍극자모멘트와 그 결과를 비교하여 확인할 수 있습니다.

기체내 엑스선과 전자선 간섭의 측정뿐만 아니라 쌍극자모멘트의 측정은 구조결정에 필수적인 도구로서 분자구조에 대한 다른 연구와 함께 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 분자의 모양, 원자들 간의 거리, 그리고 크거나 작거나 간에 분자 내에 들어 있는 어떤 그룹의 운동도를 이제 정확하게 측정할 수 있습니다. 이것은 동일한 성분을 가지며 다른 구조를 가진, 즉 이성질체가 존재하는 화합물을 취급해야 하는 경우에 아주 중요합니다. 지난 10년 동안의 연구 중 어떤 방법도 이처럼 효과적이며 중요하게 유기화학에 사용되지 못했습니다.

왕립과학원은 이러한 결과를 만든 연구에 높은 가치를 부여하여 올해 노벨 화학상을 수여하기로 결정하였습니다.

드비예 교수님.
교수님은 많은 과학적 활동을 하였는데 주로 물질구조에 대한 연구에 목표를 두었습니다. 교수님의 풍부한 아이디어, 통찰력, 그리고 수학적 방법의 완벽한 확립이 위대한 성공을 이루었고 교수님의 연구 결과들은 다양한 방식으로 화학을 이례적으로 풍요롭게 하였습니다. 기체의 쌍극자모멘트와 엑스선 및 전자간섭에 대한 연구를 통해 분자구조에 대한 지식을 확장하고 깊이 있게 한 업적으로 왕립과학원은 교수님에게 노벨 화학상을 수여합니다. 과학원의 뜻깊은 축하를 전해 드리며 이제 전하로부터 상을 받으시기 바랍니다.

스웨덴 왕립과학원 노벨 화학위원회 A. 베스트그렌

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