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노벨상인물

니콜라이 세묘노프 Nikolay Semenov

니콜라이 세묘노프 [이미지]
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MIPT (모스크바 물리기술원)
  • 작성 2016-12-21
  • 조회 4,977
  • 출생1986-04-15
  • 국적 러시아
  • 분야화학
  • 소속모스크바 물리기술원
  • 출신대학상트페테르부르크 대학
  • 주요업적화학 반응 메커니즘에 관한 연구
  • 수상노벨 화학상 (1956)
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인물정보

구소련의 화학자. 기체반응, 특히 폭발반응에 관한 뛰어난 연구업적으로 알려져 있다. 1927년에는 혼합기체의 폭발한계의 존재를 발견하였고, 또한 폭발반응에서의 연쇄메커니즘이론은 유명하다. 이런 연구업적으로 1956년 영국의 C.N.힌셜우드와 함께 노벨 화학상을 수상하였다.

1896년 4월 러시아 사라토브에서 태어났다. 대학교 2학년때 아브람 이오페(Abram F. Ioffe)교수 지도하에 실험과학 연구에 참여하게 되는데 그는 기체 방전일 때 원자와 분자의 의 전자 충격 이온화를 연구했다. 1918년 세묘노프는 방학을 맞아 부모님이 사는 고향 사마라로 가게 되었다. 때 마침 내전 중이던 그 곳의 광경을 보고 몇 달 동안 백군의 편에선 내전에 참여하게 된다.

화학적 변형의 메커니즘에 관한 연구에 있어서 세묘노프 박사의 주목할 만한 연구는 체인 이론의 응용에서부터 다체로운 반응에 관한 철저한 분석과 연소방식에 관한 연구다. 산화 과정의 유도기간과 관련한 현상에 대해 더 쉽게 이해할 수 있도록 하는 퇴화 분기(degenerate branching) 이론을 제안했다. 세묘노프 박사는 분자 물리학 분야의 중요한 기여를 했는데 전자 현상과 유전파괴, 폭발성 파장의 증식에 관한 연구도 했다.

그의 생에 동안 세묘노프 박사는 새로운 과학자들을 양성하는데 힘썼다. 1920년부터 1931년 동안 페트로그라드 폴리테크닉 연구소에서 연구원들을 가르쳤고 1944년 모스크바 대학에서 그가 개설한 화학 동력학 학장으로써 생을 마감할 때 까지 일했다. 또한 그는 1951년 모스크바 물리 기술원을 설립한 창시 맴버 중 한명이다.

1934년 세묘노프 박사는 두 가지 중요한 책을 편찬했는데 그가 연구했던 ‘반응 속도론 과 연쇄 반응론’ 에 관한 내용 이였다. 이것은 세분화된 분기 사슬과 비분기 사슬 반응 이론을 연구하기 위해 출판한 소련의 첫 번째 책 이였다. 1954년 출판한‘화학적 반응과 반응성의 문제’라는 책도 영어, 독일어, 중국어로 번역되어 전 세계로 전해졌다.

그는 1929년 소련 과학 아카데미 회원이 되었고 구소련의 혁명가였던 레닌을 기념한 레닌 상의 다섯 번째 수상자이자 런던 화학협회 회원, 왕립협회 외국인 회원, 미국, 인도, 독일 헝가리 과학 아카데미의 외국인 회원이 되었다. 1944년에는 모스크바 대학의 교수의 자리까지 오르게 되었으며 옥스퍼드 브뤼셀 대학의 명예박사 학위를 거며쥐었으며 1960부터 모든 정치 과학 협회의 증식 연합회 회장을 겸했다.

<공동수상>

시릴 노먼 힌셜우드(Cyril Norman Hinshelwood, 1897~1967)
영국의 화학자.
옥스퍼드 대학교에서 박사학위를 취득한 후, 1927년부터 트리니티 칼리지에서 강사로 재직하다가, 1937년에 옥스퍼드 대학교 화학과 교수가 되었다. 1948년에 기사작위를 받았다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
'화학반응의 메커니즘에 대한 연구'로 시릴 노먼 힌셜우드 경과 니콜라이 니콜라예비치 세묘노프 교수가 받은 노벨상은 우리로 하여금 1901년 네덜란드의 야코뷔스 반트 호프에게 수여된 첫 노벨 화학상을 기억나게 합니다. 그는 '화학동역학 법칙의 발견' 즉 화학반응 속도론으로 노벨상을 받았습니다.

반트 호프와 스웨덴 사람인 스반테 아레니우스는 1880년에 두 물질의 분자들이 격렬하게 충돌하면 초기 분자들이 깨지고 그들의 원자들이 새로운 분자로 재조합을 이루는 화학반응이 일어난다는 것을 밝혀냈습니다.

30년 전에 힌셜우드 교수는 불완전한 진동상태에 놓인 두 분자들 사이의 충돌과 관련하여 수많은 화학반응을 연구하였고 중요한 결론을 이끌어 냈습니다.

그중에 빛에 아주 민감한 화학반응들이 있습니다. 1900년 막스 플랑크는 빛이 불연속적인 양자라는 것을 발견하였고, 그 당시에는 광양자가 분자를 때렸을 때 화학반응이 일어나는 방식으로 들뜰 수 있다고 생각하는 것이 자연스러웠습니다. 그러나 어떻게 단 한 개의 흡수된 광양자가 100만 개의 분자를 반응하게 하는지 이해할 수 있었을까요?

1913년 독일의 화학자 막스 보덴슈타인은 상상력이 아주 풍부한 아이디어, 즉 연쇄반응을 제시하였습니다. 두 분자가 반응하면 최종 생성물 분자가 형성될 뿐만 아니라 불안정한 분자가 형성되는데 이것은 아주 격렬한 충돌 없이 반응물질 분자들과 반응할 수 있는 특성을 가집니다. 이 반응에서 안정한 반응생성물 외에 새로운 불완전한 분자들이 생성됩니다. 그래서 우리는 두 분자들의 반응으로부터 엄청난 수의 반응물질 분자들이 반응하는 연쇄반응을 얻게 됩니다.

덴마크의 과학자인 크리스티안센과 네덜란드의 과학자 크라머스는 1923년에 그와 같은 연쇄반응이 빛에 의해 들뜨는 분자로부터 시작될 뿐만 아니라 반트 호프가 생각했던 방식처럼 두 분자가 격렬하게 충돌하여 시작될 수 있다는 것을 지적하였습니다.

크리스티안센과 크라머스는 또 다른 유익한 아이디어를 내놓았습니다. 만약 반응사슬의 연결고리에서 하나가 아니라 두 개 이상의 불완전한 분자가 만들어지면 반응사슬이 가지를 치게 되는데, 반응이 전체 혼합물에 퍼져서 아주 빠르고 완전하게 반응하여 폭발을 일으키게 된다는 것입니다. 그들은 그 아이디어를 더 이상 상세하게 설명하지 않았으나 다른 연구자들이 계속 연구를 진행하였습니다.

반트 호프가 제시한 법칙들이 항상 정확한 것 같지는 않았는데, 그 예로 인이 어둠에서 빛을 발하는 것은 공기 중 산소에 의해 산화되기 때문이라는 것이 그도 잘 알고 있었던 예입니다. 공기는 단지 20퍼센트의 산소를 포함하므로 만약 인을 순수한 산소에 넣으면 인은 5배나 더 강하게 빛을 발해야 합니다. 그러나 이미 18세기에 순수한 산소에 넣었을 때 인이 전혀 빛을 발하지 않는 것이 알려졌습니다. 또한 산소량이 어느 한도 아래로 감소하면 산화가 갑자기 그쳤습니다.

1926년 레닌그라드에 있던 두 과학자, 차리톤과 발타는 인의 증기와 산소의 연소를 연구하였습니다. 그 당시 화학반응 속도론의 최고 권위자인 보덴슈타인은 그들의 결과가 이해할 수 없고 틀렸다고 말했습니다. 그러나 그 당시 견해로는 결과를 이해할 수 없었지만 그 결과 자체는 틀리지 않았습니다. 세묘노프 교수는 이 문제를 다시 조사했고 기체압력이 너무 작거나 크면 인의 증기와 산소 혼합물이 전혀 반응하지 않으며 중간압력에서 혼합물이 반응하여 폭발한다는 것을 확실히 발견했습니다. 세묘노프 교수는 크리스티안센과 크라머스의 아이디어가 이 현상에 대하여 설명하고 있다는 것을 밝혔습니다. 셰모노프 교수와 그의 연구진은 혼합물의 폭발하는 압력이 가스의 비율과 용기 크기에 의존한다는 것을 보였는데 이것은 이 연소가 연쇄반응이라는 가정과 완전히 일치하는 것이었습니다.

이 경우에 해당되는 수학적인 관계식은 오히려 간단했습니다. 실용적인 측면에서는 훨씬 중요하지만 매우 복잡한 다른 연소들이 있는데, 그중에서 수소와 산소의 연소에 대해 먼저 이야기하겠습니다. 이 중요한 반응이 옥스퍼드에 있는 힌셜우드 교수와 레닌그라드에 있는 세묘노프 교수, 그리고 그들의 연구진에 의해 연구되었습니다. 물론 많은 다른 과학자들이 최종적으로 반응을 설명하는 데 기여했지만 현재의 수상자들이 연구를 이끄는 기본적인 원리들을 제시하였습니다. 또 다른 기술적인 측면에서 중요한 연쇄반응은 일산화탄소의 연소인데, 단 탄화수소의 연소를 말하는 것은 아닙니다.

수많은 반응이 연쇄반응이라는 것을 발견했을 때 이 분야에 열심인 많은 사람들이 거의 모든 반응이 연쇄반응이고 이전에 생각했던 단순한 메커니즘은 예외에 불과하다고 생각하였습니다. 그러나 힌셜우드 교수는 이러한 문제를 제대로 정리하였습니다. 그는 두 방식으로 동시에 반응하는 물질을 발견했는데 한 부분은 연쇄 메커니즘으로 반응이 일어나고 동시에 나머지는 옛날 방식으로 반응하는 것이었습니다.

물질이 섞였을 때 즉시 반응하지 않고 잠시 후에 시작하는 반응도 많이 있습니다. 수많은 폭발들이 그런 방식으로 일어나며 세묘노프 교수는 연쇄반응의 개념이 이와 같은 현상을 설명할 수 있다는 것을 밝혔습니다.

저는 이 연구가 우리들의 일상생활과 어떻게 직접 관계가 있는지를 보이는 것으로 결론을 지으려고 합니다. 탄화수소의 연소가 연쇄반응이라는 것은 방금 언급했습니다. 내연기관이 더 많은 에너지를 얻기 위해 더욱 세게 압축되면 공기와 가솔린 혼합물이 더욱 빠르게 연소되고 결국 폭발하게 됩니다. 그러나 빠른 연소는 적당한 탄화수소를 포함하는 가솔린의 사용으로 조절할 수 있습니다. 그와 같은 가솔린을 높은 옥탄가를 갖는다고 말합니다. 내연기관의 효과를 논의하는 최근 수행된 엄청난 연구들의 화학적 측면만을 고려한다면 이 노벨 수상자의 연구가 초석이 되었습니다.

시릴 노먼 힌셜우드 경, 그리고 니콜라이 니콜라예비치 세묘노프 학술원 회원님. 화학동역학 법칙의 발견으로 첫 번째 노벨상이 반트 호프에게 수여된 지 반 세기가 지났습니다. 그 이후로 두 분의 연구로부터 화학반응 속도론의 커다란 진보가 이루어졌으며, 그것이 수많은 과학자들로 하여금 훌륭한 성과를 올리는 연구를 하도록 북돋아 주었습니다. 교수님의 연구 결과는 기술적인 측면과 화학의 이론적인 측면에서 모두 대단히 중요합니다.

스웨덴 왕립과학원을 대신하여 진심으로 축하를 드립니다. 이제 전하로부터 1956년 노벨 화학상을 받으시기 바랍니다.

-스웨덴 왕립과학원 A. 욀란데르

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자료출처
[네이버 지식백과] 화학반응 메커니즘에 관한 연구 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 화학상, 2010. 1. 18., 바다출판사), nobelprize.com, 네이버, 구글

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