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원자의 구조

원자론

그리스 시대의 원자론

－時代－原子論 원자(atom)란 단어는 그리스 시대에 만들어졌다. 이 단어에는 더 이상 나눌 수 없는 것이라는 뜻이 담겨져 있다, 그리스의 철학자 데모크리토스는 물질 속에는 아무것도 존재하지 않는 진공 속을 원자라고 하는 영원히 변화하지 않는 입자가 운동을 하며 존재하고 있다고 생각하였다. 그러나 그리스 시대에 생각하고 있던 원자는 오늘날의 물리학에서 말하는 원자와 같은 것이 아니다. 데모크리토스의 이론은 오늘날의 원자론과 비슷한 것이기는 하나 오늘날의 원자는 더 이상 나누지 않는 것이 아니므로. 그리스 시대에 생각하던 원자는 오늘날의 미립자 혹은 미립자를 구성하는 기본 입자(아직 실험적으로는 증명되지 않고 있다)에 해당하는 것이라 생각하여야 할 것이다.

원자론·분자론

原子論·分子論 1803년 돌턴은 그때까지 알려져 있던 질량 보존의 법칙, 정비례의 법칙, 배수 비례의 법칙을 설명하기 위하여 모든 물질은 원자라는 기본 입자로 구성되어 있다고 하는 원자설을 발표하였다. 또, 1805년 게이뤼삭은 기체간의 반응에 있어서 그 부피비는 항상 일정하고 간단한 상수비가 성립된다고 하는 기체 반응의 법칙을 발표하였다. 이 실험적 사실에는 돌턴의 원자설로도 설명할 수 없는 경우가 있다. 그래서 1811년 아보가드로는 다음과 같은 분자설을 주창하였다. 1. 기체는 분자에 의하여 구성되고 분자는 정해진 종류의 원자가 정해진 개수로 결합되어 구성되고 있다. 2. 같은 온도, 같은 압력 아래에서는 어느 기체나 일정 부피 속에 일정 개수의 분자를 포함하고 있다. 1몰의 기체 속에 들어 있는 분자수를 아보가드로수라 하고 값은 6.022×10^23개이다.

원자 모형

호기의 원자 모형

－原子模型 원자의 존재는 아보가드로의 분자설에 의해 밝혀졌지만 원자는 과연 어떠한 구조를 가지고 있는 것일까? 전자가 발견됨으로써 원자는 몇 개의 전자와 전자의 음전하와 같은 양의 양전하를 가진 무거운 원자핵으로 이루어져 있다고 생각되었다. 따라서, 원자 전체로는 전기적으로 중성이고, 중성이 아닐 때에는 이온이라고 한다. 영국의 물리학자 톰슨이 1904년에 원자의 모형을 제안하였다. 그 모형은 반지름 10^(-10)m정도의 구 속에 양전하가 골고루 분포되어 있고, 그 구 속에 음전하를 가진 전자가 들어 있는 것으로써 마치 건포도가 들어 있는 케이크와 같은 모형이었다. 전자는 음전하 때문에 서로 반발하면서 이 구 속에 거의 골고루 분포되어 있을 것이다. 만약 원자에 에너지가 외부에서 가해지면 전자는 평형점 둘레로 진동하면서 빛을 방출하여 에너지를 잃어버리고 원래의 위치로 되돌아갈 것이라고 생각되었다.

러더퍼드의 실험

－實驗 뉴질랜드 출신인 영국의 물리학자 러더퍼드는 α입자(방사능에 의하여 생기는 헬륨 원자핵)를 사용하여 실험적으로 원자의 구조를 결정해 보려고 하였다. 그 실험은 α입자를 얇은 금박 등에 쏘아서 산란되는 상태를 조사하는 것이었다. 러더퍼드와 공동 연구자 가이거와 마스덴은 대부분의 α입자는 2-3˚의 각도로 산란되지만 약 8,000개 중의 1개 정도는 90-180˚가까이까지 산란된다는 것을 발견하였다. 이와 같은 실험 결과는 원자 속에서 원자핵이라는 원자의 질량 대부분을 차지하는 양전하 부분이 반지름 10－15m 정도의 작은 부피에 집중되어 있고, 그 둘레를 태양과 혹성의 관계처럼 전자가 돌고 있다고 하는 모형으로밖에 설명할 수 없다. 이것을 러더퍼드의 원자 모형이라고 한다. 1911년경 러더퍼드에 의해 원자의 구조가 처음으로 밝혀짐으로써 톰슨 모형은 정확하지 않다는 것이 증명되었다.