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르네 데카르트 업적
과학자로서의 르네 데카르트는 물리학 분야에 큰 공헌을 했다. 10살 때, 라 플레슈(La Fleche)의 학교에 입학해 논리학, 윤리학, 물리학과 형이상학, 유클리드 기하학과 새로운 대수학 및 갈릴레이의 망원경에 의한 최신 업적에 이르기까지의 훌륭한 교육을 받으며 과학자로서의 초석을 다졌다. 1618년 르네는 군에 자원 입대하여 장교로서 복무하였는데, 이 때 그의 과학적 흥미는 탄도학, 음향학, 투시법, 군사기술, 항해술 등까지 발전시켰다. 그 해 겨울 아마추어 과학자이자 당시 수학의 지도자였던 이삭 베크만을 처음 만나 다시 이론적인 문제와 물리학에 흥미를 가진 이후 몇 년간 물리학분야에 있어 빛의 원리, 공학, 자유낙하 등에 관련된 여러 문제들을 해결했다. 특히 그가 빛의 원리에 대해 관심을 가지게 된 것은 빛을 중요시하던 스토아 학파의 영향을 받은 점도 있다(사실 이는 당대 수학자나 과학자들의 공통적인 경향이기도 했다.) 그는 문제를 해결하는 방식에 있어 이론적 전개 방식을 사용하였는데, 이는 가장 작은 수의 원리로부터 출발하여 이미 알려져 있는 모든 사실을 설명하고, 더구나 새로운 사실의 발견으로까지 이끌어 내는 방식이다. "스넬의 법칙"이라고도 불리는 그의 굴절의 법칙이 이 때 발견되었으며, 그는 자신의 저서 《굴절광학》에서 독자적으로 증명한 "굴절의 법칙"을 언급하는 한편, 시력에 관한 다양한 연구 내용을 설명했다. 여기서 그는 굴절의 법칙에 대해 서술할 때 자신이 고안한 직교좌표계를 활용하여 법칙을 증명하기도 했다. 그는 《천체론(Le monde)》를 통해 코페르니쿠스와 갈릴레이가 주장한 지동설을 바탕으로 하는 세계에 관한 자신의 견해를 밝혔다. 후일 뉴턴에 의해 거부된 그의 와류이론에 의하면 에테르의 미소한 입자들이 혹성이나 태양 주위에 거대한 회전흐름, 즉 소용돌이 속에 떠 있는 어린이의 보트와 같이, 이 태양의 소용돌이 속으로 운반되고, 달도 마찬가지로 지구의 주위로 운반된다는 것이다. 르네 데카르트의 물리학은 Clifford Truesdell로부터 "데카르트의 물리학은 현대적 의미의 시초이다."(Truesdell 1984,6)라는 평을 들었다. 데카르트는 사물의 본질을 외연(extension)으로 보았다. 사물에 체계적 의심을 적용해 그것의 감각적 특징들을 지워 나간다면 마지막에 남는 것은 공간의 일부를 채우고 있는 무색, 무미, 무취의 어떠한 것이라고 보았다. 그의 공간은 물질로 꽉 차있는 플레넘(plenum)으로, 불의 원소, 공기의 원소, 흙의 원소의 세 종류의 물질로 채워져 있다. 다른 어떠한 감각적 속성이 없이도 크기, 모양, 운동 등으로만 물질을 정의해 차가움, 뜨거움, 습함 등의 질적인 개념을 끌어낼 수 있을 것이라 믿은 데카르트는 플래넘을 구성하는 작은 원소들의 충돌이 자연의 크고 작은 변화들을 일으킨다고 보았다. 또한 데카르트는 그의 책에서 눈에 대한 해부학적 구조를 설명하며 빛이나 외부 이미지가 동공과 내부 유리체를 거쳐 굴절되고 상이 뒤집혀 망막에 맺히고 시신경을 통해 자극이 전달되는 과정 뿐 아니라 눈이 얼마나 상을 최대화하고 또렷하게 인식하는가에 대한 과정을 현미경과 망원경의 개념에까지 확대시켰다. 책의 마지막 장에서는 렌즈 깎는 법을 설명하며 망원경과 현미경의 유용성을 언급했다. 또한 생물학 분야에서의 르네 데카르트는 윌리암, 하베이와 나란히 근대 생리학의 아버지라 불린다. 그는 전생리학의 기초가 되는 대가적 가설을 도입했다. 다양한 동물의 머리를 해부해보며 상상력과 기억이 위치하는 곳을 찾기 위한 연구를 했으며, 네덜란드에 머무른 기간 동안 많은 시간을 들여 인체를 해부했다. 데카르트는 가설적 모델 방법을 통해 육체 전체를 일종의 기계로 간주해 눈의 깜빡임과 같은 자율적인 동작 현상과 보행과 같은 복합 동작에 있어 많은 관찰과 다양한 기계론적 설명을 내세웠다. 이러한 모든 동작과 운동을 기계론적으로 설명하는 그의 방식은 근대적 생리학에 강력한 영향력을 발휘했다. 결국 그는 자연에서 영혼을 제거시켜 중세적 자연관을 밀어내고 기계적 세계관을 정당화함으로써 자연계의 만물을 물체의 위치와 운동으로 설명 가능한 것으로 만드는 데에 막대한 기여를 했다.
르네 데카르트 철학
데카르트적 회의는 르네 데카르트의 글과 방법론이 곁들여진 방법론적 회의이다. 데카르트적 회의는 자신이 믿는 바의 진실성 여부에 대해서 의심하는 체계적인 방법으로 철학의 특징적인 방법이 되었다. 이 의심의 방법은 절대적인 진실로서 받아들일 수 있는 것을 찾기 위해 자신의 모든 믿음을 의심한 르네 데카르트에 의해 서양 철학에 대중화되었다.
데카르트적 회의는 방법론적이다. 데카르트적 회의의 목적은 의심할 수 없는 것을 찾는 것으로서 의심을 절대적인 진리를 찾는 수단으로 이용하는 것이다. 특히나 경험적 정보의 오류 가능성은 데카르트적 회의의 대상이 된다.
데카르트 회의론의 목적에 관해서는 여러 가지 해석이 있다. 이 중 가장 저명한 것은 토대주의자들의 주장으로 데카르트의 회의론은 의심이 가능한 모든 믿음을 제외하는 것으로서 기본적인 신념만을 남기는 것을 목표로 한다는 것이다. 이러한 의심할 여지가 없는 기본 신념으로부터 데카르트는 다음 지식을 파생하려고 시도한다. 그는 지식을 상대적인 관점으로 바라보는 것이 아니라 절대적인 진리를 토대로 쌓아갔다. 이는 대륙철학의 합리주의를 축약시켜 보여주는 원형적이고 중요한 예시이다.
르네 데카르트 철학
데카르트적 회의는(4개의 과학적인 단계로 나눌 수 있다. 첫째, 사실이라고 아는 정보를 받아들이는 것. 둘째, 이 사실들을 더 작은 단위로 나누는 것. 셋째, 간단한 문제들을 먼저 해결하는 것. 넷째, 더 확장된 문제들의 완전한 목록을 만드는 것. ) 의심을 과대하게 하는 것이므로 의심의 경향성을 가진다고 한다. (데카르트의 기준으로의 지식은 단순히 합리적인 것 아닌 가능한 모든 의심을 넘어선 것을 말한다. ) 그의 성찰(1641)에서 데카르트는 의심할 수 없는 절대적인 진리로만 이루어진 믿음체계를 처음부터 끝까지 철저하게 만들기 위하여 자신의 모든 믿음의 진실 여부를 의심하기에 이르렀다.
르네 데카르트 철학
데카르트적 회의의 원조인 르네 데카르트는 모든 신념, 아이디어, 생각, 중요성을 의심에 두었다. 그는 어떠한 지식에 대한 그의 근거나 추리 또한 거짓일 수도 있다는 것을 보여주었다. 지식의 초기 상태인 감각적 경험은 잘못되었을 확률이 높기 때문에 의심되어야 한다. 예를 들어, 어느 사람이 보는 것은 환각일 수도 있다. 그가 보는 것이 환각이 될 수 없다는 것을 증명할 수 있는 것이 없다. 즉, 만약, 어떠한 신념이 논박될 수 있는 방법이 하나라도 존재한다면, 이의 진실 여부에 대한 근거가 불충분한 것이다. 이 것으로부터 데카르트는 꿈과 악마라는 두 가지 주장을 제안했다.
데카르트는 인간은 자신이 깨어있다는 것을 믿는 다는 것을 가정했을 때, 우리가 꿈을 꿀 때 믿기 어려운 와중에 현실 같을 경우가 있다는 것을 알고 있었다. 깨어있을 때의 경험과 꿈을 꿀 때의 경험을 구별할 수 있는 충분한 근거가 없다. 데카르트는 우리가 꿈이라는 생각들을 만들어낼 수 있는 세계에 산다는 것을 인정했다. 하지만, 성찰(1641)의 끝에 가서는 적어도 회상을 할 때에는 꿈과 현실을 구분할 수 있다고 결론을 내렸다.
르네 데카르트 철학
데카르트는 우리가 경험하는 것이 악의적 천재에 의해 조정 당하고 있는 것일 수 있다고 생각했다. 이 천재는 똑똑하고 강하며 남을 잘 속인다. 데카르트는 그가 우리가 살고 있다고 생각하는 허울적인 세상을 만들었을 수도 있다고 생각했다.
성찰(1641)에서 데카르트는 한 사람이 미쳤었다면, 그 광기가 그 사람이 옳다고 생각했던 것이 자신의 정신이 자신을 속이는 것일 수도 있다고 생각하게 된다고 하였다. 그는 또한 우리가 올바른 판단을 내리는 것으로부터 막는 어떤 강력하고 교활한 악마가 존재할 수 도 있다고 했다.
데카르트는 그의 모든 감각들이 거짓말을 할 때, 한 사람의 감각이 그 사람을 쉽게 속일 수 있기 때문에 그 생각을 자신에게 거짓말 할 이유가 없는 강력한 존재가 심어두었으며 그의 강력한 존재에 대한 생각은 사실일 수 밖에 없다고 생각하였다.
르네 데카르트 철학
자신의 존재조차도 의심의 방법을 적용하여 의심하는 것이 ”Cogito ergo sum”(코기토 에르고 숨, "나는 생각한다, 고로 존재한다.")란 말을 탄생시켰다. 데카르트는 자신의 존재를 의심하려고 했지만, 존재하지 않는 다면 의심할 수 없기 때문에 그가 의심을 하고 있다는 사실이 그의 존재를 증명하는 것이라는 것을 깨달았다.
인식론에서 합리주의란 사실의 기준이 감각이 아닌 지적이고 연역적인 것이다.
이 방법을 강조하는 정도에 따라 서로 다른 관점의 합리주의자들이 있다. 추리력이 지식을 얻는 다른 방법들보다 우선적이라는 온건한 위치부터 추리가 지식을 얻는 유일한 방법이라는 극단적인 위치까지 존재한다. 근대 이전의 합리주의는 철학과 같은 것을 의미했다.
르네 데카르트 철학
계몽운동 이후로, 합리론은 데카르트, 라이프니츠, 스피노자에서와 같이 수학적인 방법을 철학에서 사용하기 시작한다. 합리주의는 영국에서 경험주의가 우세했던 것과는 달리 유럽의 대륙 쪽에서 우세했기 때문에 대륙 합리주의라고도 불린다. 합리주의는 경험주의와 자주 대조된다. 하지만, 어떤 사람이 합리주의를 믿으며 동시에 경험주의를 믿을 수 있다는 점만을 봐도 아주 넓게 보았을 때 이 두 관점은 서로를 완전히 배제하지 않는다는 것을 알 수 있다. 극단적인 경험주의자는 모든 생각이 외적인 감각이던 내적인 감정이던 경험을 통해 얻는다는 관점을 갖는다. 따라서 지식은 본질적으로 경험으로부터 유추되거나 경험을 통해 직접 얻는다는 입장이다. 경험주의와 합리주의에 있어서 논점이 되는 것은 인간의 지식의 근본과 우리가 알고 있다고 생각하는 것을 증명하는 적절한 방법이다. 합리주의의 몇 부류의 지지자들은 기하학의 자명된 이치와 같은 근본적이고 기초적인 원칙들로부터 나머지 모든 지식들을 연역적으로 유추할 수 있다고 주장한다. 이 관점을 가졌던 철학자들로는 스피노자와 라이프니츠를 들 수 있다. 이 둘은 데카르트에 의해 제기 되었던 인식론 상의 근본 원리에 대한 문제들을 해결하려고 시도하는 것으로 합리주의의 근본적인 접근의 발전을 가져왔다. 스피노자와 라이프니츠 둘 다 원칙적으로는 과학적 지식을 포함한 모든 지식이 추론만을 통해 얻을 수 있다고 주장했지만, 수학을 제외한 영역에서는 인간에게 실질적으로 불가능하다는 것을 관찰했다. 합리주의자와 경험주의자의 구별은 나중에 일어난 일로 그 시기의 철학자들은 알지 못했다. 그 구별 또한 애매하여 대표적인 세 합리주의자들은 경험주의에 있어서도 중요하게 평가된다. 또한, 많은 경험주의자들이 스피노자와 라이프니츠보다 데카르트의 방법론에 가까웠다.
르네 데카르트 철학
데카르트는 불변의 사실들에 대한 지식들만 추리를 통해서만 도달할 수 있다고 생각했다. 다른 지식들은 과학적 방법의 도움을 받아 경험을 필요로 한다고 생각했다. 그는 또한 꿈이 감각적 경험과 같이 생생하게 느껴지지만, 이러한 꿈들은 사람에게 지식을 제공할 수는 없다고 했다. 또한, 자각하고 있는 감각적 경험은 환각이 원인이 될 수도 있기 때문에 감각적 경험 자체가 의심의 여지가 있다고 했다. 그 결과로 데카르트는 사실을 찾기 위해서는 현실의 모든 믿음을 의심해야 한다는 것을 연역적으로 얻어내었다. 그는 이러한 믿음을 방법서설, 제1 철학에 관한 성찰과 철학원에 실었다. 데카르트는 지적으로 인정되지 않은 것은 지식으로 분류하지 않는 방법을 통해 사실을 찾아내는 방법을 발전시켰다. 이러한 방법을 통해 얻어낸 사실들은 데카르트에 의하면 어떠한 감각적 경험을 필요로 하지 않았다. 추론을 통해 얻어낸 사실은 직관적으로 알 수 있는 작은 요소들로 나뉘어 연역적인 방법을 통해 현실에 대한 명백한 사실들에 도달할 것이다. 따라서 데카르트는 그의 방법의 결과로 추론은 지식을 결정짓는 유일한 방법이며 이 방법은 감각의 도움 없이 행해질 수 있다고 주장했다. 코기토 에르고 숨은 어떠한 경험의 간섭도 받지 않은 결론이다. 이는 데카르트에게 있어서 반박할 수 없는 논리로서 다른 모든 지식을 쌓을 수 있는 토대가 되었다.
르네 데카르트 철학
“나는 생각한다, 그러므로 나는 존재한다.”이라는 명제는 그의 형이상학의 제일원리인 동시에, 견실한 과학에 도달하기 위한 제일 원리였다. 데카르트는 기존의 사상에 반동적이었으며 과학에서 발견된 사실을 철학적인 세계관에 옮기려고 시도하였다. 그는 갈릴레오의 기하학적 물리학에 큰 영향을 받았으나, 데카르트가 보기에 그것은 엄밀성이 부족했다. 감각에 기초한 물질 세계의 개념과 좀더 엄격한 수학적인 물질세계의 개념을 구별하는 가운데, 데카르트는 후자가 더 객관적인 것이라는 입장을 취하였다. 그에게 있어서 물질 세계를 지각하는 감각적 경험은 주관적이며 자주 착각을 일으키고 외부세계와 동일한지 알 수 없기 때문에 회의의 대상이 되었다.
그의 목표는 주관을 넘어서 객관적 지식을 확보할 수 있는가에 있었다. 따라서 그가 취하는 입장은 감각적 경험이 아닌 이성관념으로, 이는 선험적으로 우리에게 주어지는 것이었다. 데카르트는 자신에게 주어진 선험적 관념에 따라, 실체를 정신적인 것과 물질적인 것 두 가지로 구분했다. 왜냐하면 정신과 육체는 명확하고 명료한 속성들의 전적으로 구별되는 두 조합을 통해 이해될 수 있기 때문이었다.
르네 데카르트 철학
그에게 있어서 정신적인 실체의 본성은 '사유하는 것(res cogitans)'이며 물질적인 실체의 본성은 '연장된 것(res extensa)'였다. 먼저 정신은 연장적인 특징이 없고 불가분적이므로, 연장을 지니고 있는 물질과는 판명하게 구분된다. 데카르트는 육체 없이도 존재하는 나를 상상할 수 있다고 하면서, 정신을 물질과는 분리되어 생각할 수 있는 또 하나의 실체로 본 것이다. 이러한 정신은 좁은 의미에서는 순수한 지성(수학, 철학을 탐구하는)을 뜻하며 넓은 의미에서는 상상 작용, 감각 작용이 속한다. 감각 작용 신체에서 온 감각인 내부 감각과 외부사물로부터 비롯된 외부 감각으로 나뉜다. 내부감각은 다시 어디에서 오는지 위치를 알 수 있는 고통, 배고픔, 목마름과 같은 관념과 위치를 알 수 없는 분노, 슬픔과 같은 정념으로 나뉜다. 이 신체들의 내부감각은 정신을 속여 가짜의지를 생성해서 신체를 움직이게 한다. 그에게 있어 정신은 인간적인 것이 아니라 무한한 것이며, 제한 되어있지만 신과 동일한 유형의 능력을 지니고 있는 것이다. 이에 따라 정신적인지 판단하는 기준은 신이었으며, 이런 배경으로 인해 순수하게 지적인 능력인 상상력이나 감각 지각과 같이 육체를 전제로 하는 능력과 구분된다고 생각하였다.
르네 데카르트 철학
한편 데카르트에게 있어서 물질(육체)은 연장을 가지고 있으며, 기하학적 공간에 위치하기 때문에, 섞여있거나 겹치지 않는다. 또한 기하학의 원리에 따라 무한 분할이 가능하며 이러한 모든 물체의 위치와 공간은 기하학적 공간에서 좌표화 가능한 것이다. 데카르트의 이러한 공간 개념에 있어서 빈 공간은 존재하지 않으며, 항상 물질에 의해 점유되어 있는 것으로서 운동은 연쇄적으로 각 물질의 위치가 바뀌는 것을 의미하는 것이다.
데카르트에게 있어 관념들 자체는 사물의 본성이 아니라 그와 유사한 것으로 각 관념들은 물체를 특수한 방식으로 그려낸다. 또한 정신과 육체는 섞여있는 것이다. 과거 플라톤의 정신과 신체는 선원과 배의 관계로 한쪽이 다른 한쪽을 지배하는 것이었으나, 데카르트는 이 둘이 밀접하게 연관되어 있다고 한다. 이에 대해 데카르트는 송과선이라는 솔방울 모양의 샘을 통해 설명하려 한다. 육체가 신경선으로 동물정기라는 기체화된 혈액을 자극하면 인과적으로 감각적 내용이 송과선을 통해 정신에게 전달된다는 것이다. 데카르트는 이러한 설명에 대해 기계적인 방식으로 ‘자연에 의해 확립되었다’라는 주장을 한다.
르네 데카르트 데카르트 사상과의 대립
과학혁명 이전의 자연관은 지금과는 완전히 달랐다. 자석들은 왜 서로 잡아당기거나 밀어낼까? 상처에 약을 바르면 왜 나을까? 이런 질문에 대해서 르네상스 자연주의에서는 자연을 살아있는 신비한 생명체로 파악하며, 자석의 N극과 S극이 서로 잡아당기는 이유는 서로가 공감을 하기 때문이고, N극과 N극이 밀치는 이유는 서로 반감을 가지고 있기 때문이라고 설명했다. 식물이 성장하고, 동물이 스스로 자각해서 움직이는 모든 운동의 원리를 영혼으로 보았다. 이렇게 자연을 마치 생명과 감정이 있는 인간처럼 여기는 르네상스 자연주의는 신비주의적인 성격을 띠게 되었고, 자연에 대한 합리적인 설명을 추구할 동기로 부여하지 못했다. 하지만 근대 과학은 자연에서 신비로움을 제거해 버렸다. 자연은 객관적 실체로 이루어져 있고, 수학적 법칙에 의해서 설명할 수 있으며, 자연에서 일어나는 모든 운동은 외적인 요인에 의해서 이루어진다는 신념을 가져다 주었다. 이런 근대 과학의 출발점이 된 것이 바로 데카르트와 아이작 뉴턴이다.
르네 데카르트 데카르트 사상과의 대립
데카르트는 "기계적 철학(mechanical philosophy)"을 제시하며, 우리가 세상을 보는 방식을 새롭게 규정했다. 기계적 철학은 자연이 눈에 보이지 않는 미세한 물질로 이루어져 있으며, 자연 현상이란 이런 물질들의 운동에 의해서 일어난다고 전제하고, 각종 자연 현상들을 미세한 물질들의 직선 운동과의 충돌로 설명했다. 앞에서 르네상스 자연주의자들이 자석을 공감, 반감을 이용해서 설명했던 것에 비해서, 데카르트의 기계적 철학에서는 입자와 운동이라는 개념을 이용해서 설명하고 있다. 즉, 자석에는 눈에 보이지 않는 아주 작은 구멍들이 있고, 자석 주변에는 눈에 보이지 않는 작은 나사들이 배열되어 있어서 자석의 구멍을 통해서 작은 나사들이 통과하는데, 나사들의 운동 방향에 따라서 자석은 서로 끌리기도 하고, 서로 밀어내기도 한다는 것이다. 르네상스 자연주의에서 자석은 외부에서 특별히 힘이 작용하지 않아도 스스로 움직이는 매우 신비로운 존재로 여겨졌지만, 기계적 철학의 눈으로 본 자석은 신비로움을 잃었다. 이렇게 데카르트는 자연을 합리적이고 명쾌하게 이해가 가능한 대상으로 만들었다.
르네 데카르트 데카르트 사상과의 대립
기계적 철학에서는 생명체와 비생명체의 구분조차 불필요했다. 데카르트에게 자연은 단지 기계에 불과했으며, 그 자체의 목적이나 생명은 존재하지 않았다. 그는 이렇게 자연에서 영혼을 제거시켜서, 중세적 자연관을 밀어내고 기계적 세계관을 정당화했다. 이로써 자연은 기계적 법칙에 따라 움직이며, 자연계의 만물은 물체의 위치와 운동으로 설명 가능한 것이 되어버렸다. 이렇게 데카르트는 17세기 과학혁명의 기본 구조를 만들어냈지만, "자연은 정확한 수학적 법칙에 의해 지배되는 완전한 기계"라는 그의 생각은 일생동안 하나의 가설로 남아있어야 했다.
데카르트의 꿈을 실현시키고, 과학혁명을 완성한 사람은 아이작 뉴턴이었다. 데카르트의 기계적 철학에서 "운동"이라는 개념을 이어받아, 뉴턴도 자연 현상의 기본을 운동으로 이해했다. 하지만 운동을 표현하는 방식에서는 데카르트보다 한 걸음 더 나아가서, 입자의 운동에 수학적 성격을 합친 "힘"이라는 개념을 가져와, 운동을 정량적으로 분석했다. 다시 말해서 "힘"을 운동의 원인으로 설정하여, 힘의 수학적인 표현을 찾아내고, 거기서부터 가속도, 속도, 물체의 움직이는 궤적 등을 계산하는 역학의 방법을 정식화했다.
르네 데카르트 데카르트 사상과의 대립
뉴턴은 결국 데카르트를 뛰어넘지만, 가장 근본적인 부분에서는 데카르트와 공유하는 부분이 많았다. 복잡한 자연을 단순하게 분해해서 이해하는 방식이나, 운동에서 자연 현상의 근원을 찾고, 그 운동을 수학적인 언어로 풀어내려고 했던 점 등은 두 사람 모두에게서 발견되는 경향이다.
17세기 말에서 18세기까지 "프랑스의 데카르트와 영국의 뉴턴 중 누가 옳았는가" 하는 문제가 양국 과학자들의 관심사로 떠오르면서 두 사람의 공통점보다 차이점이 더 많이 부각되어 왔지만, 사실 두 사람은 차이점보다 공유하는 것이 더 많았던 사람들이다. 어떻게 보면, 두 사람을 그렇게 항목별로 비교할 수 있다는 점 자체가 역설적으로 두 사람이 공통의 관심사를 가지고 있었다는 것을 반증하는 것일 수도 있다.
우리에게 있어서 데카르트와 뉴턴의 가장 큰 공통점은 우리가 자연 세계를 바라보는 방식을 새롭게 규정했다는 점에 있다. 20세기 초에 양자역학과 상대성이론의 등장으로 위기를 맞는 듯했지만, 여전히 우리의 일상 세계는 데카르트와 뉴턴이 확립해 놓은 고전역학의 법칙에 따라서 움직이고 있다.
르네 데카르트 데카르트 사상과의 대립
스피노자는 실체를 다음과 같이 정의한다. "실체란 자신 안에 있으며, 자신에 의하여 생각되는 것이라고 이해한다. 즉, 실체는 그것의 개념을 형성하기 위해서 다른 것의 개념을 필요로 하지 않는 것이다. "자신 안에 있다는 것"은 그 자체로 존재한다는 뜻이고, "그 자체로 존재한다는 것"은 다른 것에 의존하지 않고 자립적으로 존재함을 뜻하고, "자기 자신에 의해서 생각된다는 것"은 그 개념을 형성하기 위해서 다른 어떤 것을 필요로 하지 않음을 뜻한다. 그러므로 스피노자는 실체를 다른 것에 의존하지 않는 독립적 존재로 파악하고 있음을 알 수 있다.
데카르트는 그 정의를 실체로 적용할 때, 의미를 악화시켜서 자신이 내린 정의에 충실히 따르지 않았다. 그는 실체란 "존재하기 위해서 신의 도움만을 필요로 하는 것들"이라고도 정의한다. 이는 실체 개념을 창조물에까지 확대시킨 것이다. 반면 스피노자는 자신이 내린 실체 개념을 엄격히 적용하였다. 스피노자에 따르면, 실체는 자립적 존재이기 때문에 "유한 실체"라는 말은 불합리한 개념이며, 신만이 실체라고 주장한다. "신 이외에는 어떠한 실체도 존재할 수 없으며, 또한 파악될 수도 없다"고 한 스피노자의 정리에서 잘 드러난다.
르네 데카르트 데카르트 사상과의 대립
신이 어떤 존재이며, 어떤 방식으로 세계에 개입하는지에 대해서도 두 사상가는 커다란 입장 차이를 보인다. 이신론을 주장하는 데카르트의 신은 인격을 소유한 존재이다. 그러므로 세계를 자신의 의지에 따라 창조, 소멸, 심지어는 개입할 수도 있다. 반면 스피노자는 신을 그런 초월적 존재로 보지 않는다. 신의 의지에 의한 "기적"같은 것은 신의 작동 방식을 법칙으로 이해하고자 한 스피노자에게는 비합리적인 것이다.
르네 데카르트 종교적인 믿음
르네 데카르트의 종교적 믿음은 학계에서 엄밀히 논쟁되어 왔다. 그는 《제1 철학에 관한 성찰》(Meditationes de prima philosophia)의 목적들 중 하나가 기독교 신앙을 옹호하기 위한 것이라고 주장하면서 독실한 로마 가톨릭 신자가 되는 것을 주장했다. 하지만 그의 시대에서 데카르트는 이원론 또는 무신론을 믿은 것으로 비난받았다. 그가 말년에 비교적 사상적으로 자유로운 스웨덴으로 활동무대를 옮긴 것 또한 이러한 종교적 신념을 비난받은 것과 관련있다.
동시대의 블레즈 파스칼은 "그의 철학에서 데카르트를 용서할 수 없다. 데카르트는 신 없이 지내기 위해서 최선을 다했다. 하지만 데카르트는 신에게 손가락 움직임 하나만으로 세계를 확립하라고 재촉하는 것을 피할 수 없었지만, 그 후에 그는 신을 더 이상 필요로 하지 않았다."
르네 데카르트 종교적인 믿음
스티븐 고크로져의 데카르트 전기에서는 그가 죽는 날까지 진리를 발견하기 위한 단호하고, 열정적인 열망과 함께 로마 가톨릭 교회에 깊은 종교적 믿음을 가졌다고 기술하고 있다. 데카르트가 스웨덴에서 죽은 후, 스웨덴 법에 의하면 지도자는 개신교도이어야 했기 때문에 크리스티나 여왕이 로마 가톨릭 교회로 개종하기 위해서 왕위에서 물러났는데, 로마 가톨릭 교회에 대해서 그녀가 장기적으로 접촉한 사람은 개인 지도 교사인 데카르트뿐이었다.
르네 데카르트 참고 및 관련 문헌
Domski, Mary, "Descartes' Mathematics", The Stanford Encyclopedia of Philosophy(Winter 2011 Edition), Edward N. Zalta(ed.),http://plato.stanford.edu/archives/win2011/entries/descartes-mathematics/
Woo, B. Hoon (우병훈) (2013). “The Understanding of Gisbertus Voetius and René Descartes on the Relationship of Faith and Reason, and Theology and Philosophy”. 《Westminster Theological Journal》 75 (1): 45–63.
알칼리 금속
알칼리 금속(Alkali metal)은 리튬 (Li), 나트륨 (Na), 칼륨 (K), 루비듐 (Rb), 세슘 (Cs), 프랑슘 (Fr)의 원소로 구성된다. 이 원소는 수소와 함께 1족을 구성하며, 주기율표의 S-구역에 있다. 모든 알칼리 금속은 가장 바깥 s-오비탈에 전자를 하나 가지고 있으며, 이러한 공통된 전자 배열은 매우 유사한 특성들을 갖게 한다. 실제로 알칼리 금속은 주기율표에서 족 경향성을 가장 잘 보여주는 예시이며, 원소들은 잘 특징지어지는 동족 행동을 보인다. 이 원소족은 선두 원소의 이름을 따서 리튬족으로도 알려져 있다.
알칼리 금속
알칼리 금속은 모두 표준 온도 압력에서 광택이 있고 무르며, 반응성이 매우 높은 금속이며, 쉽게 가장 바깥쪽 전자를 잃고 +1의 전하를 가진 양이온을 형성한다. 이들은 모두 무르기 때문에 칼로 쉽게 자를 수 있으며, 잘린 면은 대기 중 수분과 산소에 의한 산화 (리튬의 경우 질소) 때문에 공기 중에서 빠르게 광택을 잃는다. 반응성이 높기 때문에 공기와의 반응을 막기 위해 오일 속에 보관해야 하며, 자연에서는 염 형태로만 존재하고 자유 원소로는 발견되지 않는다. 다섯 번째 알칼리 금속인 세슘은 모든 금속 중에서 가장 반응성이 높다. 모든 알칼리 금속은 물과 반응하며, 무거운 알칼리 금속일수록 가벼운 금속보다 더 격렬하게 반응한다.
알칼리 금속
발견된 모든 알칼리 금속은 자연에서 화합물 형태로 존재한다. 존재비 순서대로 나열하면 나트륨이 가장 풍부하며, 그 다음으로 칼륨, 리튬, 루비듐, 세슘 순이고 마지막으로 프랑슘은 극도로 높은 방사능 때문에 매우 희귀하다. 프랑슘은 자연의 일부 알려지지 않은 붕괴 사슬의 중간 단계에서 미량으로만 존재한다. 다음 족 원소가 될 것으로 예상되는 119번 원소의 합성을 시도하는 실험이 진행되었으나 성공하지 못했다. 그러나 우누넨늄은 초악티늄족 원소의 화학적 특성에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 상대론적 효과 때문에 알칼리 금속이 아닐 수도 있다. 설령 알칼리 금속으로 밝혀지더라도, 더 가벼운 동족체와는 물리적, 화학적 특성에서 일부 차이를 보일 것으로 예측된다.
대부분의 알칼리 금속은 다양한 용도로 사용된다. 순수 원소의 가장 잘 알려진 응용 분야 중 하나는 원자 시계에 루비듐과 세슘을 사용하는 것으로, 세슘 원자 시계는 초의 정의의 기초를 이룬다. 나트륨 화합물의 일반적인 응용은 빛을 매우 효율적으로 방출하는 나트륨등이다. 식용 소금, 즉 염화 나트륨은 고대부터 사용되어 왔다. 리튬은 정신과 약물 및 리튬 전지의 애노드로 사용된다. 나트륨, 칼륨, 그리고 아마도 리튬은 전해질로서 중요한 생물학적 역할을 하는 필수 원소이며, 다른 알칼리 금속들은 필수적이지는 않지만 몸에 유익하거나 해로운 다양한 영향을 미 미친다.
알칼리 금속 역사
나트륨 화합물은 고대부터 알려져 있었다. 소금(염화 나트륨)은 인간 활동에서 중요한 상품이었다. 포타시는 고대부터 사용되었지만, 역사 대부분 동안 나트륨 광물 염과는 근본적으로 다른 물질로 이해되지 않았다. 게오르크 에른스트 슈탈은 1702년에 나트륨과 칼륨 염의 근본적인 차이를 시사하는 실험적 증거를 얻었고, 앙리 루이 뒤아멜 뒤 몽소는 1736년에 이 차이를 증명할 수 있었다. 칼륨과 나트륨 화합물의 정확한 화학 조성과 칼륨 및 나트륨의 원소로서의 지위는 당시 알려지지 않았으므로, 앙투안 라부아지에는 1789년 자신의 원소 목록에 어떤 알칼리도 포함하지 않았다.
순수 칼륨은 1807년 잉글랜드에서 험프리 데이비가 새로 발명된 볼타 전지를 이용한 용융염의 전기 분해를 통해 수산화 칼륨 (KOH)에서 분리하여 처음으로 얻었다. 이전의 수용액 염 전기 분해 시도는 칼륨의 극심한 반응성 때문에 실패했다.:68 칼륨은 전기 분해로 분리된 최초의 금속이다. 같은 해 후반에 데이비는 유사한 기술로 유사 물질인 수산화 나트륨 (NaOH, 잿물)에서 나트륨을 추출했다고 보고하며, 이 원소와 염이 서로 다름을 입증했다.
알칼리 금속 역사
엽장석(LiAlSi4O10)은 1800년 브라질 화학자 조제 보니파시우 드 안드라다 이 시우바가 스웨덴 위퇴 섬의 광산에서 발견했다. 그러나 1817년이 되어서야 화학자 옌스 야코브 베르셀리우스의 연구실에서 일하던 요한 아우구스트 아르프베드손이 엽장석 광석을 분석하던 중 새로운 원소의 존재를 발견했다. 그는 이 새로운 원소가 나트륨과 칼륨 화합물과 유사한 화합물을 형성하지만, 탄산염과 수산화물은 다른 알칼리 금속보다 물에 덜 용해되고 더 염기성이라는 것을 발견했다. 베르셀리우스는 미지의 물질에 "돌"을 의미하는 고대 그리스어 단어 λιθoς (리토스, lithos)에서 따온 리티온/리티나(lithion/lithina)라는 이름을 붙였는데, 이는 식물 재에서 발견된 칼륨이나 동물 혈액에 풍부한 나트륨과 달리 고체 광물에서 발견되었음을 반영한다. 그는 그 물질 안의 금속을 리튬이라고 명명했다. 리튬, 나트륨, 칼륨은 1850년 요한 볼프강 되베라이너가 비슷한 성질을 가진 같은 족의 세 원소 중 하나로 언급하면서 주기성 발견의 일부가 되었다.
알칼리 금속 역사
루비듐과 세슘은 1859년 로베르트 분젠과 구스타프 키르히호프가 발명한 분광기를 사용하여 처음으로 발견된 원소이다. 다음 해 그들은 독일 바트 뒤르크하임의 광천수에서 세슘을 발견했다. 그들의 루비듐 발견은 다음 해 독일 하이델베르크에서 레피돌라이트 광물에서 이루어졌다. 루비듐과 세슘의 이름은 그들의 방출 스펙트럼에서 가장 두드러진 선에서 유래한다. 루비듐은 밝은 붉은색 선에서(라틴어 rubidus, 즉 "어두운 붉은색" 또는 "밝은 붉은색"에서 유래), 세슘은 하늘색 선에서(라틴어 caesius, 즉 "하늘색"에서 유래) 유래한다.
1865년경 존 알렉산더 레이나 뉴랜즈는 원소들을 원자량 증가 순서와 8개 간격으로 반복되는 유사한 물리적, 화학적 특성에 따라 나열한 일련의 논문을 발표했다. 그는 이러한 주기성을 옥타브가 서로 비슷한 음악적 기능을 가진 음악의 옥타브에 비유했다. 그의 버전은 당시 알려진 모든 알칼리 금속(리튬에서 세슘까지), 여기에 구리, 은, 탈륨 (알칼리 금속의 특징인 +1 산화 상태를 보이는)을 한 족으로 묶었다. 그의 표는 수소를 할로젠과 함께 배치했다.
알칼리 금속 역사
1869년 이후 드미트리 멘델레예프는 자신의 주기율표를 제안하며 리튬을 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 탈륨과 함께 한 족의 맨 위에 배치했다. 2년 후 멘델레예프는 자신의 표를 수정하여 수소를 리튬 위 1족에 배치하고, 탈륨을 붕소족으로 옮겼다. 1871년 버전에서 구리, 은, 금은 두 번 배치되었는데 한 번은 IB족의 일부로, 다른 한 번은 오늘날의 8족에서 11족을 포함하는 "VIII족"의 일부로 배치되었다. 18열 주기율표가 도입된 후, IB족 원소는 D-구역의 현재 위치로 이동되었고, 알칼리 금속은 IA족에 남았다. 이후 이 족의 이름은 1988년에 1족으로 변경되었다. 관용명 "알칼리 금속"은 1족 원소의 수산화물이 물에 녹을 때 모두 강한 알칼리라는 사실에서 유래한다.
알칼리 금속 역사
마르게리트 페레가 1939년 퀴리 연구소에서 220 keV의 붕괴 에너지를 가졌다고 보고된 악티늄-227 샘플을 정제하여 프랑슘을 발견하기 전까지 적어도 네 번의 잘못되고 불완전한 발견이 있었다. 그러나 페레는 80 keV 미만의 에너지 준위를 가진 붕괴 입자를 발견했다. 페레는 이 붕괴 활동이 이전에 식별되지 않은 붕괴 생성물, 즉 정제 과정에서 분리되었지만 순수한 악티늄-227에서 다시 나타난 생성물에 의해 발생했을 수 있다고 생각했다. 다양한 테스트를 통해 미지의 원소가 토륨, 라듐, 납, 비스무트, 또는 탈륨일 가능성을 배제했다. 새로운 생성물은 알칼리 금속의 화학적 특성(예: 세슘 염과 공침하는 특성)을 보였고, 이는 페레가 그것이 악티늄-227의 알파 붕괴로 생성된 87번 원소라고 믿게 만들었다. 페레는 이어서 악티늄-227의 베타 붕괴 대 알파 붕괴 비율을 결정하려고 시도했다. 그녀의 첫 번째 테스트에서 알파 분기는 0.6%로 나왔고, 이 수치는 나중에 1%로 수정되었다.
22789Ac α (1.38%)→21.77 y 22387Fr β−→22 min 22388Ra α→11.4 d21986Rn
알칼리 금속 역사
프랑슘 아래 주기율표의 다음 원소(에카-프랑슘)는 119번 원소인 우누넨늄 (Uue)이다.:1729–1730 우누넨늄의 합성은 1985년 캘리포니아 버클리에 있는 로런스 버클리 국립연구소의 슈퍼HILAC 가속기에서 아인슈타이늄-254 표적에 칼슘-48 이온을 충돌시키는 방식으로 처음 시도되었다. 원자는 확인되지 않았으며, 300 nb의 제한적인 수율을 보였다.
25499Es + 4820Ca → 302119Uue* → 원자 없음
초중원소 생산에 선호되는 아인슈타이늄-254를 충분히 만들기가 극도로 어렵고, 그 무게가 크고, 반감기가 270일로 비교적 길며, 수 마이크로그램의 상당한 양을 얻을 수 있다는 점을 감안할 때, 필요한 수준으로 실험의 민감도를 높일 만큼 충분히 큰 표적을 만들 수 없기 때문에 이 반응으로 가까운 미래에 우누넨늄 원자를 생성할 가능성은 매우 낮다. 아인슈타이늄은 자연에서 발견되지 않았으며, 실험실에서만 생산되었는데 초중원소의 효과적인 합성에 필요한 양보다 적은 양으로 생산되었다. 그러나 우누넨늄이 확장 주기율표에서 첫 번째 8주기 원소에 불과하다는 점을 감안할 때, 다른 반응을 통해 가까운 미래에 발견될 수도 있으며, 실제로 일본에서는 현재 합성을 시도하고 있다. 현재까지 8주기 원소는 발견되지 않았으며, 핵자 방울선 불안정성 때문에 약 128번 원소까지의 낮은 8주기 원소들만이 물리적으로 가능할 수도 있다. 더 무거운 알칼리 금속에 대한 합성 시도는 없다. 이는 매우 높은 원자 번호 때문에 새로운, 더 강력한 방법과 기술이 필요하기 때문이다.:1737–1739
알칼리 금속 존재
오도-하킨스 규칙은 수소를 제외하고 원자 번호가 짝수인 원소가 홀수인 원소보다 더 흔하다는 것을 주장한다. 이 규칙은 홀수 원자 번호를 가진 원소는 홀수 양성자를 하나 가지고 있으며 다른 양성자를 포획할 가능성이 더 높아서 원자 번호가 증가한다고 설명한다. 짝수 원자 번호를 가진 원소에서는 양성자가 짝을 이루어 각 쌍의 구성원이 서로의 스핀을 상쇄하여 안정성을 높인다. 모든 알칼리 금속은 원자 번호가 홀수이며, 태양계에서는 인접한 짝수 원자 번호 원소(비활성 기체와 알칼리 토금속)만큼 흔하지 않다. 무거운 알칼리 금속도 가벼운 금속보다 덜 풍부한데, 루비듐 이후의 알칼리 금속은 초신성에서만 합성되고 항성 핵합성에서는 합성되지 않기 때문이다. 리튬은 대폭발 핵합성과 항성 모두에서 제대로 합성되지 않아 나트륨과 칼륨보다 훨씬 비율이 적다. 대폭발은 안정적인 5개 또는 8개 핵자를 가진 핵이 없었기 때문에 미량의 리튬, 베릴륨, 붕소만을 생성할 수 있었고, 항성 핵합성은 3개의 헬륨 핵을 융합하여 탄소를 형성하고 그 세 원소를 건너뛰는 삼중 알파 과정을 통해서만 이 병목 현상을 통과할 수 있었다.
알칼리 금속 존재
지구는 태양을 형성한 것과 동일한 물질 구름에서 형성되었지만, 행성들은 태양계의 형성과 진화 과정에서 서로 다른 조성을 띠게 되었다. 차례로 지구의 자연사는 이 행성의 여러 부분이 원소의 농도를 다르게 갖게 했다. 지구의 질량은 약 5.98x1024 kg이다. 지구는 대부분 철(32.1%), 산소(30.1%), 규소(15.1%), 마그네슘(13.9%), 황(2.9%), 니켈(1.8%), 칼슘(1.5%), 알루미늄(1.4%)으로 구성되어 있으며, 나머지 1.2%는 미량의 다른 원소로 이루어져 있다. 행성 분화로 인해, 핵 지역은 주로 철(88.8%), 소량의 니켈(5.8%), 황(4.5%), 그리고 1% 미만의 미량 원소로 구성되어 있다고 여겨진다.
알칼리 금속은 높은 반응성 때문에 자연에서 순수한 형태로 존재하지 않는다. 이들은 친석 원소이므로, 산소와 쉽게 결합하여 실리카와 강하게 결합하여 상대적으로 밀도가 낮은 광물을 형성하며 지구의 핵으로 가라앉지 않고 지표면에 가깝게 남아 있다. 칼륨, 루비듐, 세슘은 또한 큰 이온 반지름 때문에 비상용 원소이다.
알칼리 금속 존재
나트륨과 칼륨은 지구에 매우 풍부하며, 둘 다 지구 지각에서 가장 흔한 10가지 원소에 속한다. 나트륨은 지구 지각의 약 2.6%를 무게로 구성하며, 전체적으로 여섯 번째로 풍부한 원소이자 가장 풍부한 알칼리 금속이다. 칼륨은 지구 지각의 약 1.5%를 구성하며 일곱 번째로 풍부한 원소이다. 나트륨은 많은 다양한 광물에서 발견되는데, 그 중 가장 흔한 것은 일반 소금(염화 나트륨)이며 이는 바닷물에 녹아 엄청난 양으로 존재한다. 다른 고체 퇴적물로는 암염, 각섬석, 빙정석, 칠레초석, 제올라이트 등이 있다. 이러한 고체 퇴적물 중 상당수는 고대 바다가 증발한 결과로 발생하며, 유타주의 그레이트솔트호와 사해와 같은 곳에서 여전히 발생하고 있다.:69 지구 지각에서 거의 동일한 양으로 존재함에도 불구하고, 나트륨은 바다에서 칼륨보다 훨씬 더 흔한데, 이는 칼륨의 더 큰 크기 때문에 그 염이 덜 용해되기 때문이며, 또한 칼륨은 토양의 규산염에 묶여 있고 식물 생명체가 나트륨보다 칼륨을 훨씬 더 쉽게 흡수하기 때문이다.:69
알칼리 금속 존재
화학적 유사성에도 불구하고, 리튬은 작은 크기 때문에 일반적으로 나트륨이나 칼륨과 함께 존재하지 않는다.:69 상대적으로 낮은 반응성 때문에 바닷물에서 많은 양으로 발견될 수 있으며, 바닷물에 리튬 농도는 약 0.14~0.25 Ppm 또는 25 마이크로몰로 추정된다. 마그네슘과의 대각선 관계는 종종 리튬이 철마그네슘 광물에서 마그네슘을 대체하게 하는데, 여기서 리튬의 지각 농도는 약 18 Ppm이며, 갈륨과 나이오븀의 농도와 비슷하다. 상업적으로 가장 중요한 리튬 광물은 스포듀민으로, 전 세계적으로 대규모 광상으로 존재한다.:69
루비듐은 아연만큼 풍부하며 구리보다도 풍부하다. 루비듐은 백류석, 폴루사이트, 카날라이트, 진왈다이트, 레피돌라이트와 같은 광물에서 자연적으로 발견되지만, 이들 중 루비듐만 포함하고 다른 알칼리 금속을 포함하지 않는 경우는 없다.:70 세슘은 안티모니, 카드뮴, 주석, 텅스텐과 같이 일반적으로 알려진 일부 원소보다 풍부하지만, 루비듐보다는 훨씬 적게 풍부하다.
프랑슘의 유일한 자연 발생 동위 원소인 프랑슘-223은 악티늄-227의 알파 붕괴 붕괴 생성물이며, 우라늄 광물에서 미량으로 발견될 수 있다. 주어진 우라늄 샘플에는 1018개의 우라늄 원자당 프랑슘 원자가 단 하나만 있을 것으로 추정된다. 프랑슘은 극도로 짧은 반감기인 22분 때문에 언제든지 지구 지각에 최대 30 그램만 존재할 것으로 계산되었다.
알칼리 금속 특성
알칼리 금속의 물리적 및 화학적 특성은 약한 금속 결합을 만드는 ns1 전자 배열로 쉽게 설명될 수 있다. 따라서 모든 알칼리 금속은 무르고 밀도가 낮으며, 녹는점과 끓는점이 낮고, 승화열, 기화열, 해리열이 낮다.:74 이들은 모두 체심 입방 격자 결정 구조로 결정화되며,:73 바깥 s 전자가 매우 쉽게 들뜰 수 있기 때문에 특징적인 불꽃 반응색을 갖는다.:75 실제로 이러한 불꽃 반응색은 일반적인 이온을 가진 모든 염이 용해되기 때문에 이들을 식별하는 가장 일반적인 방법이다.:75 또한 ns1 구성은 알칼리 금속이 매우 큰 원자 반지름과 이온 반지름을 가지며, 매우 높은 열 전도성과 전기 전도성을 갖게 한다.:75 이들의 화학은 이 전자를 쉽게 이온화시키고 두 번째 이온화 에너지가 매우 높기 때문에, 가장 바깥 s-오비탈에 있는 단일 원자가 전자를 잃고 +1 산화수를 형성하는 경우가 대부분이다.:76 대부분의 화학적 특성은 족의 첫 다섯 원소에서만 관찰되었다. 프랑슘의 화학은 극심한 방사능 때문에 잘 확립되어 있지 않다. 따라서 여기에 제시된 프랑슘의 특성은 제한적이다. 프랑슘에 대해 알려진 적은 정보는 예상대로 세슘과 매우 유사한 행동을 보인다는 것을 나타낸다. 프랑슘의 물리적 특성은 벌크 원소가 관찰된 적이 없기 때문에 더욱 불확실하다. 따라서 문헌에서 찾을 수 있는 데이터는 확실히 추측적인 외삽이다.
알칼리 금속 특성
알칼리 금속은 다른 어떤 족의 원소보다도 서로 더 유사하다. 실제로 유사성이 너무 커서 칼륨, 루비듐, 세슘을 서로 분리하는 것이 매우 어렵다. 이는 유사한 이온 반지름 때문이다. 리튬과 나트륨은 더 구별된다. 예를 들어, 주기율표에서 아래로 내려갈수록 알려진 모든 알칼리 금속은 원자 반지름이 증가하고, 전기 음성도가 감소하며, 반응성이 증가하며, 녹는점과 끓는점이 감소하고, 융해열과 기화열도 감소한다.:75 일반적으로 밀도는 주기율표에서 아래로 내려갈수록 증가하지만, 칼륨이 나트륨보다 밀도가 낮다는 예외가 있다. 알칼리 금속의 속성 중 매우 부드러운 경향을 보이지 않는 몇 안 되는 속성 중 하나는 산화·환원 전위이다. 리튬의 값은 다른 원소보다 더 음의 값을 보여 이상하다.:75 이는 Li+ 이온이 기체 상태에서 매우 높은 수화 에너지를 갖기 때문이다. 리튬 이온은 물의 구조를 상당히 파괴하여 엔트로피 변화를 증가시키지만, 이 높은 수화 에너지는 기체 상태에서 이온화하기 어려움에도 불구하고 리튬을 가장 양전위가 높은 알칼리 금속으로 나타내게 하기에 충분하다.:75
알칼리 금속 특성
안정된 알칼리 금속은 모두 은색 금속이지만, 세슘은 옅은 금색을 띤다. 이는 색을 띠는 세 가지 금속 중 하나이다(다른 두 금속은 구리와 금).:74 또한 무거운 알칼리 토금속인 칼슘, 스트론튬, 바륨과 이가 란타넘족인 유로퓸과 이터븀은 옅은 노란색을 띠지만, 세슘만큼 색이 뚜렷하지는 않다.:74 이들의 광택은 산화로 인해 공기 중에서 빠르게 흐려진다.
알칼리 금속 특성
모든 알칼리 금속은 반응성이 높아 자연에서 원소 형태로 발견되지 않는다. 이 때문에 보통 광물유나 등유(파라핀유)에 보관한다. 할로젠과 격렬하게 반응하여 알칼리 금속 할라이드를 형성하는데, 이들은 플루오린화 리튬(LiF)을 제외하고 모두 물에 녹는 흰색의 이온성 결정 화합물이다. 알칼리 금속은 물과도 반응하여 강한 알칼리성 수산화물을 형성하므로 매우 주의해서 다루어야 한다. 무거운 알칼리 금속은 가벼운 금속보다 더 격렬하게 반응한다. 예를 들어, 물에 떨어뜨렸을 때 같은 몰수를 사용하면 세슘이 칼륨보다 더 큰 폭발을 일으킨다. 알칼리 금속은 주기율표의 각 주기에서 가장 낮은 첫 번째 이온화 에너지를 갖는다. 이는 낮은 유효 핵전하와 단 하나의 전자를 잃어 비활성 기체 구성을 얻을 수 있는 능력 때문이다. 알칼리 금속은 물뿐만 아니라 알코올, 페놀류와 같은 양성자 주개, 기체 상태의 암모니아, 알카인과도 반응하며, 후자는 그 반응성의 놀라운 정도를 보여준다. 환원제로서의 강력한 힘은 산화물이나 할로젠화물에서 다른 금속을 해방하는 데 매우 유용하다.:76
알칼리 금속 특성
모든 알칼리 금속의 2차 이온화 에너지는 매우 높다. 이는 핵에 더 가까운 완전한 껍질에 있기 때문이다. 따라서 이들은 거의 항상 하나의 전자를 잃고 양이온을 형성한다.:28 알칼라이드는 예외인데, 이들은 알칼리 금속이 -1 산화 상태로 존재하는 불안정한 화합물이다. 이는 알칼라이드 발견 이전에는 알칼리 금속이 음이온을 형성할 수 없을 것으로 예상되었고 염에서 오직 양이온으로만 나타날 수 있다고 생각되었기 때문에 매우 특이하다. 알칼라이드 음이온은 채워진 s-부껍질을 가지고 있어 존재하기에 충분한 안정성을 제공한다. 리튬을 제외한 모든 안정적인 알칼리 금속은 알칼라이드를 형성할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 알칼라이드는 특이한 화학량론과 낮은 이온화 전위 때문에 이론적으로 큰 관심을 받는다. 알칼라이드는 음이온으로 작용하는 갇힌 전자를 포함하는 염인 일렉트라이드와 화학적으로 유사하다. 알칼라이드의 특히 놀라운 예는 일반적인 수소화 나트륨 Na+H−와는 반대로 "역 수소화 나트륨" H+Na− (두 이온 모두 복합화됨)이다. 이는 수소에서 나트륨으로 두 개의 전자가 이동하여 발생하는 높은 에너지로 인해 단독으로는 불안정하지만, 몇몇 유도체는 준안정하거나 안정할 것으로 예측된다.
알칼리 금속 특성
수용액에서 알칼리 금속 이온은 [M(H2O)n]+ 형태의 아쿠아 이온을 형성하며, 여기서 n은 용매화수이다. 이들의 배위수와 형태는 이온 반지름에서 예상되는 것과 잘 일치한다. 수용액에서 금속 이온에 직접 부착된 물 분자는 제1배위권, 즉 제1 또는 1차 용매화 껍질에 속한다고 한다. 물 분자와 금속 이온 사이의 결합은 배위 결합이며, 산소 원자가 두 전자를 결합에 제공한다. 각 배위된 물 분자는 수소 결합에 의해 다른 물 분자에 부착될 수 있다. 후자는 제2배위권에 존재한다고 한다. 그러나 알칼리 금속 양이온의 경우, 양이온의 +1 전하가 1차 용매화 껍질의 물 분자를 충분히 편극시켜 2차 용매화 껍질의 물 분자와 강한 수소 결합을 형성하여 더 안정적인 실체를 만들기에 충분히 높지 않으므로 2차 배위권은 잘 정의되지 않는다.:25 Li+의 용매화수는 실험적으로 4로 결정되었으며, 사면체 [Li(H2O)4]+를 형성한다. 리튬 아쿠아 이온에 대해 3에서 6까지의 용매화수가 발견되었지만, 4보다 작은 용매화수는 접촉 이온쌍 형성의 결과일 수 있으며, 더 높은 용매화수는 분자 동역학 시뮬레이션이 팔면체 헥사아쿠아 이온의 존재를 나타낼 수 있지만 사면체의 면을 통해 [Li(H2O)4]+에 접근하는 물 분자의 관점에서 해석될 수 있다. 나트륨 이온의 1차 용매화권에도 아마 6개의 물 분자가 존재하여 팔면체 [Na(H2O)6]+ 이온을 형성할 것이다.:126–127 이전에는 더 무거운 알칼리 금속도 팔면체 헥사아쿠아 이온을 형성한다고 생각했지만, 이후 칼륨과 루비듐은 아마 정방형 반프리즘 구조를 갖는 [K(H2O)8]+와 [Rb(H2O)8]+ 이온을 형성하고, 세슘은 12배위 [Cs(H2O)12]+ 이온을 형성하는 것으로 밝혀졌다.
알칼리 금속 특성
리튬의 화학적 성질은 작은 Li+ 양이온이 음이온을 분극시키고 화합물에 더 공유성을 부여하기 때문에 다른 원소와 몇 가지 차이를 보인다. 리튬과 마그네슘은 비슷한 원자 반지름으로 인해 대각선 관계를 가지므로, 일부 유사성을 보인다. 예를 들어, 리튬은 안정적인 질화물을 형성하는데 이는 모든 알칼리 토금속(마그네슘족) 사이에서 흔하지만 알칼리 금속 중에서는 독특한 성질이다. 또한, 각 그룹 중에서 리튬과 마그네슘만이 상당한 공유성을 가진 유기금속 화합물을 형성한다 (예: LiMe 및 MgMe2).
알칼리 금속 특성
플루오린화 리튬은 물에 잘 녹지 않는 유일한 알칼리 금속 할로젠화물이며, 수산화 리튬은 조해성이 없는 유일한 알칼리 금속 수산화물이다. 반대로, 과염소산 리튬과 분극될 수 없는 큰 음이온을 가진 다른 리튬 염들은 다른 알칼리 금속의 유사 화합물보다 훨씬 더 안정적인데, 이는 Li+가 높은 용매화 에너지를 가지기 때문으로 추정된다.:76 또한 이 효과로 대부분의 단순 리튬 염이 무수물 형태가 극도로 흡습성이 강하기 때문에 일반적으로 리튬은 수화물 형태로 발견된다는 것을 의미한다. 이는 염화 리튬 및 브로민화 리튬과 같은 염들이 제습기 및 에어컨에 사용될 수 있게 한다.:76
알칼리 금속 특성
프랑슘은 높은 원자량으로 인해 전자가 상당한 광속으로 이동하여 상대론적 효과가 더욱 두드러지게 나타나는 몇 가지 차이를 보일 것으로 예측된다. 알칼리 금속의 전기 음성도와 이온화 에너지가 감소하는 경향과는 대조적으로, 프랑슘의 전기 음성도와 이온화 에너지는 7s 전자의 상대론적 안정화로 인해 세슘보다 높을 것으로 예측된다. 또한, 그 원자 반지름은 비정상적으로 낮을 것으로 예상된다. 따라서 예상과는 달리 세슘이 프랑슘이 아닌 알칼리 금속 중에서 가장 반응성이 높은 금속이다.:1729 프랑슘의 알려진 모든 물리적 특성 또한 첫 번째 이온화 에너지, 전자 친화도, 음이온 편극률과 같이 리튬에서 세슘으로 가는 명확한 경향에서 벗어나지만, 프랑슘에 대한 알려진 데이터의 부족으로 인해 많은 출처에서 상대론적 효과가 리튬에서 세슘으로 가는 경향을 프랑슘에 적용할 수 없게 만든다는 점을 무시하고 외삽값을 제공한다. 상대론적 효과를 고려하여 예측된 프랑슘의 몇 안 되는 특성 중 일부는 전자 친화도(47.2 kJ/mol)와 Fr2 분자의 해리 엔탈피(42.1 kJ/mol)이다. CsFr 분자는 Cs+Fr−로 분극화되는데, 이는 프랑슘의 7s 부껍질이 세슘의 6s 부껍질보다 상대론적 효과에 훨씬 더 강하게 영향을 받는다는 것을 보여준다. 또한, 프랑슘 초과산화물(FrO2)은 프랑슘의 6p 전자의 결합 기여로 인해 다른 알칼리 금속 초과산화물과는 달리 상당한 공유 결합 특성을 가질 것으로 예상된다.
알칼리 금속 특성
모든 알칼리 금속은 홀수 원자 번호를 가지므로, 그들의 동위 원소는 홀-홀 (양성자 수와 중성자 수 모두 홀수)이거나 홀-짝 (양성자 수는 홀수, 중성자 수는 짝수)이어야 한다. 홀-홀 핵은 짝수 질량수를 가지는 반면, 홀-짝 핵은 홀수 질량수를 가진다. 홀-홀 원시 핵종은 드물다. 왜냐하면 대부분의 홀-홀 핵은 베타 붕괴에 대해 매우 불안정하기 때문이다. 붕괴 생성물은 짝-짝이며, 핵 짝짓기 효과로 인해 더 강하게 결합되기 때문이다.