원자는 어떻게 생겼을까요?

- 우리가 물리화학 과학 시간에 많이 배웠던 원자에 대해서 오늘 이야기해 보려고 합니다.
원자는 영어로 Atom이라고 하는데요, 원래 이 뜻은 고대 그리스 철학자인 루시퍼스와 그의 제자 데모크리토스의 해서 나온 말로 원자는 더 이상 쪼개질 수 없는 작은 물질로 이루어져 있는데 이것을 원자라고 칭했습니다.
그리스어로 아톤Atomos라고 하는데 이 뜻은 더 이상 쪼개질 수 없는 물질이라는 뜻입니다.
그들은 원자론은 아리스토텔레스의 학설에 밀려서 2천년동안 인정 받지 못했고 이 설에는 심각한 모순이 있었습니다. 

 

 

1. 원자는 더이상 쪼갤 수 없다?

- 모든 물질은 더 이상 쪼개질 수 없는 작은 물질로 이루어지긴 했으나 그들이 말한 흙 , 물 등은 아무리 작은 물질이라
  해도 두 개 이상의 원소들이 결합한 분자의 형태로 존재하지 원자의 형태로 존재하지는 않습니다.
 

- 그 후에 그리스의 아리스토텔레스, 영국의 돌턴, 아인슈타인으ㅣ 브라운 운동 등으로 세상에는 원자 분자가 더 이상
  가설이 아니고 세상에 존재하는 입자들이이란 것을 판명 했습니다. 그 후부터 과학자들은 원자의 구조를 파악하기
  위해서 수많은 실험을 진행하게 됩니다.

- 영국의 물리학자 겸 캠브릿지 대학의 교수인 톰슨은 (1856년~1940년) 최초로 원자의 구성 입자는 전자로 되어 있다는 걸 발견했고 진공튜브 안에 전류를 흘렸을 때 빛이 나는 것을 목격했습니다.
그 당시만 해도 과학자들은 이런 현상에 대한 원인을 정확하게 밝히지 못했지만 톰슨 교수는 전기장과 자기장을 이용하여 이 빛은 전자 덩어리라는 것을 발견했습니다.

- 그 후 톰슨은 영국왕립협회 협회장을 맡았고 1906년에는 노벨물리학상까지 받았습니다.
  그 후 톰슨은 러더퍼드, 닐스보어, 막스보른과 같은 유명한 과학자들을 제자로도 배출 시켰습니다.

# 음극선관 실험 캐소드(Cathode Ray To Experiment)
- 1897년 진공관 속에 음극과 양극을 설치하고 전압을 걸었더니 빛이 양쪽으로 힘 현상이 나타났습니다.
  이 같은 현상은 전기장에서도 똑같이 나타났으며 톰슨은 이 빛이 중량 및 전하를 띄고 있을 것이라고 추측하였고 그
  후 그것은 전자라는 것을 발견했습니다.
  전자는 양성자와 반대로 음극을 띄고 있고 음극을 띄는 전자는 당연히 양성 쪽으로 휠 수밖에 없습니다.

 

원자는 어떻게 생겼을까요?

 

2. 원자 실험결과

- 전자는 무게( 질량)를 가지고 있었으며 음극 전하를 띈 매우 미세한 입자들로 구성되어 있었습니다.
  원자의 구조인 전자와 양성자는 각각 마이너스와 플러스로 이루어져 결국 원자는 극성으로 중성입니다.
  전자의 질량은 수소원자 보다도 약 2,000 배 정도 더 가볍습니다.
  과거 과학자들의 이론과는 달리 원자는 쪼갤 수도 있고 공 모양으로 생긴 극성이 없는 중성입니다.
  (원자는 전기적으로 극성×) 공 모양의 원자 내부에는 양전하가 골고루 분산되어있었고 이런 양전하를 중화시킬 수
  있는 정도의 전자가 박혀 있었습니다.

- 이것이 마치 빵속에 건 포도처럼 박혀 있는 것 같았고 1911년에 러더포드의 원자모형에 의해서 톰슨의 이론은 힘을
  잃기 시작했습니다. 러더퍼드의 원자모형이 완벽에 가깝게 하고 하더라도 러더포드의 이론은 결국 톰슨의 이론에
  기초하여 더 진화하고 발전한 것이기 때문에 톰슨이라는 교수겸 과학자는 원자모형을 발견하며 있어서 엄청난 업적을
  이룬 것입니다. 

 

 

원자는 어떻게 생겼을까요?

 

 

3. 원자모형의 완성

- 1911년 톰슨의 제자인 러더퍼드는 여러 가지 실험을 통해서 원자 안에 양전하가 아주 작은 공간에 뭉쳐져 있는 것을
  발견했고 원자 안에 가운데에는 원자의 핵이 있어 그 주변을 음전하를 띤 전자가 마치 행성들이 태양 주위를 공전하듯
  이 돌고 있는 형태의 원자 모양을 주장했습니다.

- 그 후에도 과학자들은 원자모형에 대한 끊임없는 연구를 거듭했고 1932년 채드윅은 원자핵 내부에서 중성자라는 것을
  발견하고 원자핵 내에는 중성자와 양성자가 함께 있다는 것을 밝혀내고 노벨상을 수상합니다. 현대과학에서 밝혀진
  원자 모형은 전자는 정해진 궤도가 없으며 원자 내부에서 전자를 발견할 수 있는 확률만 있을뿐입니다.
  또한 전자는 원자핵 주변에 어디에서나 발견될 가능성 또한 있습니다. 원자 모형은 전자의 위치를 어느 곳에서나
  발견할 수 있는 가능성만을 설명할 수 있습니다.

 

- 양자역학의 발전에 이 모든 가설들은 정리가 되었습니다. 입자가 아닌 파동함수로서 이 모든 스펙트럼이 밝혀질 수 있게 되었습니다. 

 

원자는 어떻게 생겼을까요?

 

마무리

- 원자의 구성성분 및 모형에 대한 포스팅을 마치겠습니다.