주기율표가 화학의 미래를 확보하기 위한 전쟁에서 살아남은 방법

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하프늄은 원소가 발견된 코펜하겐(하프니아)의 라틴어 이름을 따서 명명된 전이 금속입니다. 출처: Klaudia Kilman/Alamy

하프늄은 특별히 주목할만한 원소는 아닙니다. 그것은 폭발성 나트륨, 반짝이는 수은, 냄새나는 유황이 아닙니다. 회색 빛을 띠는 금속으로 원자력 발전소와 원자력 잠수함의 제어봉에 있는 중성자 흡수체와 컴퓨터 칩의 절연체로 흔히 사용됩니다. 그러나 이번 주 100년 전 Nature에 보고된 하프늄의 발견은 불균형적으로 중요했습니다. 이 원소는 코펜하겐에서 일하는 두 명의 과학자, 즉 네덜란드 물리학자 Dirk Coster와 헝가리 화학자 Georg von Hevesy에 의해 확인되었습니다. 이번 발견은 주기율표의 유산뿐만 아니라 화학의 미래도 확보했습니다. 하프늄은 또한 증거 기반 발견을 훼손하려는 사람들에 대해 어렵게 얻은 승리를 상징하게 되었습니다.

1869년에 작성된 드미트리 멘델레예프(Dmitri Mendeleev)의 원소 주기율표는 산소와 수소와 같은 화학 원소가 특정 관계를 공유한다는 인식에서 나타났습니다. 멘델레예프와 독일 화학자 율리우스 로타르 마이어(Julius Lothar Meyer)는 독립적으로 연구하여 원소의 순서와 원소를 깔끔한 그룹으로 분류하는 기준을 제공했습니다. 놀랍게도 Mendeleev와 Lothar Meyer의 계획은 모두 전자와 양성자가 발견되기 수십 년 전인 원소의 아원자 구조에 기반을 두고 있었습니다.

멘델레예프는 주기율표의 대략적인 형태를 고안했을 때 알려진 63개의 원소로 시작했습니다. 테이블이 제대로 작동하도록 하기 위해 그는 아직 발견되지 않은 요소가 배치될 수 있는 공간을 남겨두어야 했습니다. 이러한 요소는 곧 나타나기 시작했습니다. 예를 들어, 예상된 '68번 원소'인 갈륨은 몇 년 후인 1875년에 확인되었습니다. 1914년에는 단 7개의 간격만 남았습니다.

1913년 영국의 물리학자 헨리 모슬리(Henry Moseley)가 원자 번호나 양성자 수에 따라 원소를 배열할 수 있음을 보여주면서 돌파구가 생겼습니다. Moseley의 연구는 보다 정확한 '간격 지도'와 후보 원소를 X선에 노출시켜 생성된 스펙트럼에서 원소를 식별하는 방법을 모두 제공했습니다.

주기율표의 최신 추가 사항 뒤에 숨은 전투

그러나 72번 원소인 하프늄의 발견과 명명은 결코 간단하지 않았습니다. 프랑스의 화학자 조르주 위르뱅(Georges Urbain)은 원래 1911년에 72번 원소가 주기율표의 희토류 원소에 속한다고 제안하고 이를 셀튬이라고 명명했습니다. 그러나 약 10년 후, 전자가 핵 주위를 도는 원자 모델을 개발하기 위해 양자 이론을 사용했던 덴마크 물리학자 닐스 보어(Niels Bohr)는 원소 72가 전이 금속 중 하나이며 지르코늄(원소 40)에 더 가까울 것이라고 예측했습니다. 이는 코펜하겐의 보어 연구실에서 근무하는 Coster와 von Hevesy에 의해 최종적으로 확인되었으며, 그들은 지르코늄 광물에서 원소2를 검색했습니다. 두 사람은 발견한 이름을 코펜하겐의 라틴어 이름을 따서 하프늄이라고 명명했습니다. 그들은 1922년 12월에 X선 스펙트럼을 얻었고 그들의 논문은 1923년 1월에 나왔습니다.

그러나 이것은 논쟁의 끝과는 거리가 멀었습니다. Urbain은 자신이 셀튬이라고 부르는 물질이 72번 원소의 기준에 부합하지 않는다는 경고를 이미 받았음에도 불구하고 고집스럽게 포기하지 않았기 때문입니다. 1914년에 Moseley와 Urbain은 협력했습니다. 미발표 X-선 연구에서 켈트륨이 72번 원소라는 사실을 보여주지 못했습니다. Urbain은 X-선 방법이 충분히 민감하지 않다고 말하면서 이를 설명했습니다.3 이는 뉴질랜드 태생의 물리학자 Ernest Rutherford가 Nature에 쓴 평가입니다. , 동의함4. Urbain은 또한 코펜하겐 팀이 자신의 작업에 대한 공로를 인정하려고 노력하고 있다고 제안했습니다5; 이에 대해 Coster와 von Hevesy는 분쟁을 개인화하는 것을 거부하고 결과를 토대로 논쟁을 벌였습니다6.

코펜하겐 팀의 편에 네덜란드, 독일, 스칸디나비아의 과학자들이 참여하는 반면, 제1차 세계대전 이후 독일 과학에 대한 보이콧을 지지했던 프랑스와 영국의 과학자들이 반대 입장을 취하는 등 논쟁이 계속되었습니다. . 하프늄은 보이콧이 공식적으로 끝난 지 몇 년 후인 1930년에야 국제 순수 및 응용 화학 연합에 의해 승인되었습니다. 프랑스에서는 셀튬이 1940년대 초까지 희토류 원소 중 72번 원소의 자리를 계속 차지했습니다2.