원자

1 개요[편집]

성질을 잃지 않으면서 도달할 수 있는 최소단위. 화학적 방법을 통하여 더 이상 쪼갤수 없는 최소 단위. 원자는 전자원자핵으로 이루어져 있다.

2 구조[편집]

원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있으며 원자핵은 중성자와 양성자로 이루어져 있다.

3 역사[편집]

고대 그리스에서 수많은 철학자들은 우주와 물질의 근원에 관해 고민을 했다. 그중 데모크리토스는 “아주 작아서 보이지도 않고 더 이상 나누어 지지 않는” 물질의 근원이 되는 요소가 있으며 이를 atom이라고 정의했다.

4 원자모형의 역사[편집]

뉴턴 시대에는 원자가 작고, 단단하고, 분리할 수 없는 구라고 생각했다. 이는 기체 분자 운동론에 대한 기본적인 근거를 제시했지만 계속된 실험을 통해 원자의 전기적인 성질이 나타나면서 새로운 모형들을 만들어야 했다.

4.1 톰슨의 원자모형[편집]

1898년 톰슨은 수박이나 푸딩에 비유하여 양전하 밀도를 가진 부피 내에 전자들이 수박씨나 건포도와 같이 존재한다는 모형을 제안하였다. 그러면 원자는 전반적으로 중성이 된다.

4.2 러더퍼드의 원자모형[편집]

1911년 러더퍼드는 실험을 통하여 톰슨의 모형이 잘못되었다는 사실을 발견한다. 알파입자를 얇은 금속 박에 충돌시키면 대부분은 그냥 통과하지만 일부는 큰 각도로 반사된다는 것을 발견했다. 러더퍼드는 마치 종이에 15인치 포탄을 발사했는데 그게 튕겨나온 것과도 같았던 믿을 수 없는 이 현상을 설명하기 위해 새로운 모형을 제시하는데 원자에서 양전하의 집합을 핵이라고 하였으며 전자는 상대적으로 외부의 큰 공간에 존재한다고 가정했다. 그리고 전자들이 전기력에 의해 끌려가지 않는 이유를 설명하기 위해 핵 주위의 궤도를 회전하고 있다고 설명했다.

4.3 보어의 수소 원자 모형[편집]

러더퍼드의 원자모형은 전자가 원자핵에 끌려가지 않는 이유를 설명하지 못했다. 맥스웰 전자기학에 의하면 전하를 띈 입자가 가속 운동하면 전자기파의 형태로 에너지를 방출하게 되어 점점 에너지를 잃는데, 그에 의해 러더퍼드 모형이 주장하는 것처럼 원자핵 주위를 영원히 회전운동(당연히 가속운동이다)하는 전자는 있을 수 없기 때문이다. 보어는 이를 플랑크의 아이디어인 양자화된 에너지 준위를 러더퍼드의 공전하는 원자내 전자에 적용하였다.

보어는 플랑크의 양자 이론, 아인슈타인의 광자에 대한 개념, 러더퍼드의 원자모형, 뉴턴 역학의 개념들을 합쳤으며 또한 몇 가지 가정으로 새로운 모형을 만들어 냈다.

  1. 전자는 전기적인 인력을 받아 양성자 주위를 원운동 한다.
  2. 특정 전자 궤도만이 안정하다.
  3. 에너지가 상대적으로 높은 처음의 전자궤도에서 낮은 전자궤도로 전자가 전이할 때 원자로부터 복사가 방출된다.
  4. 허용 전자 궤도의 크기는 전자의 궤도 운동량에 부과되는 조건에 의해서 결정된다.

4.4 현대 원자 모형[편집]

하이젠베르크의 불확정성의 원리로 인해 전자의 위치와 속도를 동시에 정확하게 나타내는 것은 불가능함이 밝혀졌다. 따라서 원자핵 주변에 전자구름이 에워싸고 있고 여기에 전자들이 확률적으로 존재한다고 보고 있는데, 이것을 오비탈이라고 부른다.