해럴드 크로토: 풀러렌, 분광학, 그리고 과학 교육에 대한 열정

Janwikifoto가 촬영한 헤럴드 크로토 사진 "출처: 위키미디어 커먼즈(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Harold_Kroto_1c389_8471.sweden_copy.jpg), 라이선스: CC BY-SA 3.0)"

 

 

해럴드 크로토(Sir Harold Walter Kroto, 1939년 10월 7일 ~ 2016년 4월 30일)는 영국의 화학자로, 탄소의 새로운 동소체인 풀러렌(Fullerene)을 발견하여 1996년 노벨 화학상을 수상했습니다. 그는 분광학을 이용하여 분자의 구조를 연구하는 데 탁월한 능력을 보였으며, 과학 대중화와 과학 교육 에도 많은 관심을 기울였습니다. 이 글에서는 크로토의 삶과 그의 주요 업적인 풀러렌 발견, 분광학 연구, 그리고 과학 교육에 대한 그의 열정에 대해 자세히 알아보겠습니다.

1. 풀러렌 발견: 우주에서 온 축구공 분자, 탄소 화학의 새로운 지평을 열다

해럴드 크로토는 1939년 영국 케임브리지셔 주 위스베치에서 태어났습니다. 그는 어린 시절부터 과학, 특히 화학에 흥미를 느꼈고, 셰필드 대학교에서 화학을 전공했습니다. 졸업 후에는 런던 대학교에서 박사 학위를 받았고, 이후 캐나다와 미국에서 박사 후 연구원으로 활동했습니다. 1967년부터는 서식스 대학교에서 교수로 재직하며 분광학 연구에 몰두했습니다. 1970년대, 크로토는 분광학을 이용하여 탄소 사슬 분자를 연구했습니다. 그는 사이아노폴리인(cyanopolyyne)이라는 탄소 사슬 분자가 우주 공간에 존재한다는 것을 발견하고, 이러한 분자가 어떻게 생성되는지에 대한 연구를 시작했습니다. 1985년, 크로토는 미국의 리처드 스몰리(Richard Smalley)와 로버트 컬(Robert Curl)의 연구실을 방문하여 탄소 cluster를 생성하는 실험에 참여했습니다. 그들은 흑연에 레이저를 쏘아 탄소 증기를 발생시키고, 이를 질량 분석기로 분석하는 실험을 수행했습니다. 실험 결과, 놀랍게도 탄소 원자 60개로 이루어진 특이한 분자가 다량 검출되었습니다. 이 분자는 매우 안정적인 구조를 가지고 있었고, 이론적인 계산을 통해 축구공 모양의 구조를 가지고 있을 것이라고 예측되었습니다. 그들은 이 새로운 분자를 건축가 벅민스터 풀러(Buckminster Fuller)의 측지 돔 구조와 유사하다고 하여 **풀러렌(fullerene)**이라고 명명했습니다.

풀러렌의 발견은 탄소 화학 분야에 큰 파장을 일으켰습니다. 당시까지 알려진 탄소의 형태는 흑연과 다이아몬드뿐이었지만, 풀러렌의 발견으로 탄소가 다양한 형태의 분자를 형성할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 풀러렌은 안정적인 구조, 뛰어난 전기 전도도, 그리고 특이한 광학적 성질 등 다양한 특징을 가지고 있어 과학계의 큰 주목을 받았습니다.

2. 분광학: 분자의 지문을 읽는 기술, 우주에서 나노 세계까지

해럴드 크로토는 분광학 분야의 전문가였습니다. 분광학은 물질이 방출하거나 흡수하는 빛의 스펙트럼을 분석하여 물질의 성질을 연구하는 학문입니다. 크로토는 분광학을 이용하여 다양한 분자의 구조와 성질을 연구했으며, 특히 탄소 사슬 분자와 풀러렌 연구에 크게 기여했습니다. 크로토는 마이크로파 분광학을 이용하여 사이아노폴리인(cyanopolyyne)이라는 탄소 사슬 분자가 우주 공간에 존재한다는 것을 발견했 습니다. 마이크로파 분광학은 마이크로파 영역의 전자기파를 이용하여 분자의 회전 에너지 준위를 측정하는 기술입니다. 크로토는 마이크로파 분광학을 통해 우주 공간에서 관측된 전파 신호를 분석하여 사이아노폴리인의 존재를 확인했습니다. 또한, 크로토는 적외선 분광학을 이용하여 풀러렌의 구조를 연구했습니다. 적외선 분광학은 적외선 영역의 전자기파를 이용하여 분자의 진동 에너지 준위를 측정하는 기술입니다. 크로토는 적외선 분광학을 통해 풀러렌의 진동 스펙트럼을 측정하고, 이를 이론적인 계산 결과와 비교하여 풀러렌의 구조를 확인했습니다. 크로토의 분광학 연구는 탄소 화학 분야뿐만 아니라 천문학, 물리학, 그리고 재료 과학 등 다양한 분야의 발전에도 기여했습니다. 분광학은 오늘날에도 물질의 구조와 성질을 연구하는 데 필수적인 도구로 활용되고 있으며, 나노 기술, 생명 과학, 그리고 환경 과학 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

3. 과학 교육: 미래 세대를 위한 투자, 지식과 창의성을 키우다

해럴드 크로토는 과학 연구뿐만 아니라 과학 교육에도 많은 열정을 쏟았습니다. 그는 과학 대중화를 위해 다양한 활동을 펼쳤으며, 특히 어린이와 청소년들의 과학 교육에 깊은 관심을 가지고 있었습니다. 크로토는 "과학은 미래 세대를 위한 가장 중요한 투자"라고 강조하며, 어린이들이 과학에 대한 흥미와 호기심을 키울 수 있도록 다양한 교육 프로그램을 개발하고 지원했습니다. 그는 "Vega Science Trust"라는 과학 교육 웹사이트를 설립하여 과학 강연, 다큐멘터리, 그리고 교육 자료 등을 무료로 제공했습니다. 또한, 크로토는 전 세계를 돌며 수많은 강연을 통해 과학의 중요성을 알리고, 젊은이들에게 과학적 사고방식과 창의성을 길러주기 위해 노력했습니다. 그는 과학 교육이 단순히 지식을 전달하는 것이 아니라, 학생들이 스스로 질문하고 탐구하며 세상을 이해하는 능력을 키우는 것이라고 믿었습니다. 크로토는 과학 교육을 통해 미래 세대가 과학 기술 발전에 기여하고, 더 나은 세상을 만들어갈 수 있다고 믿었습니다. 그는 과학 교육의 중요성을 강조하며, 모든 사람들이 과학에 대한 이해를 높이고 과학적 사고방식을 가질 수 있도록 노력해야 한다고 주장했습니다.