원자 구조

개요

모든 물질은 원자, 즉 원소의 가장 작은 단위로 구성되어 있습니다. 각 원자는 양성자, 중성자 및 전자, 이 세 가지 아원자 입자로 구성됩니다. 이 세 입자는 함께 원자의 질량과 전하를 결정합니다.

원자이론의 역사

지구상의 모든 것이 작은 입자로 구성되어 있음을 제안한 첫 번째 사람은 기원전 450년 경의 그리스 철학자 데모크리토스(Democritus)였습니다. 그는 현대용어 “원자(atom)”가 파생된 “나눌 수 없는”이란 뜻의 그리스어 atomos를 사용했습니다. 그러나 그의 개념은 당시에는 심각하게 받아들여지지 않았으며, 원자의 개념이 부활하기까지는 수세기가 걸렸습니다. 19세기에, 존 돌턴(John Dalton)은 오늘날에도 큰 틀에서 받아들여지는 원자론을 제안했습니다. 그는 원자가 우리 주변의 세계를 어떻게 구성했는지 설명하기 위해 다섯 가지 상정을 제시했습니다: (1) 모든 물질은 무한히 작은 입자, 즉 원자로 구성된다. (2) 한 원소의 모든 원자는 서로 동일하며 (3) 다른 원소의 원자와는 다르다. (4) 두 개 이상의 원소가 고정비율로 결합하여 화합물을 형성할 수 있다. (5) 원자는 화학 반응을 통해 생성되거나 파괴될 수 없지만 새로운 물질을 형성하도록 재배열할 수 있다.

원자를 구성하는 아원자 입자 발견

돌턴의 이론은 물질을 구성하는 입자에 대해선 일부분 성립했습니다. 원자는 일반적인 화학적 또는 물리적 과정에 의해 더 분열 될 수 없는 것은 맞지만 원자는 그보다 더 작은 세 개의 아원자 입자로 구성되어 있습니다. 아원자 구조에 대한 첫 번째 단서는 J.J. 톰슨(J.J. Thomson)이 전자를 발견한 19세기 말에 나왔습니다. 당시 과학자들은 원자의 전반적인 전하가 중립적이라는 것을 알고 있었기에 톰슨의 “건포도 푸딩 모델”은 음전하 입자의 존재에 관한 새로운 정보를 기존 지식에 맞추려고 시도했으며, 이를 전자가 양전하를 띠는 영역 전반에 걸쳐 콕콕 박힌 것으로 나타냈습니다. 그로 몇 년 후, 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)는 실험을 통해 원자질량의 대부분이 원자의 핵에 집중되어 있고 이 핵에 있는 양성자가 양전하를 담당하고 작은 음전하를 띠는 전자가 핵 외부의 대부분의 공간을 구성하는 것을 보여줬습니다. 이 실험은 톰슨의 건포도 푸딩 모델을 반증했고 과학자들은 우리가 오늘날 알고있는 원자의 모델에 한 걸음 더 가까워졌습니다. 중성자는 1932년 제임스 채드윅(James Chadwick)에 의해 발견되었습니다. 이건 퍼즐의 마지막 조각으로서 과학자들이 이제 원자에 존재하는 모든 질량을 양성자와 중성자가 담당하고 원자의 전하는 양성자와 전자가 담당한다는 것을 밝혀냈다는걸 의미했습니다.

원자의 구조

양성자는 원자의 핵에서 발견되며, 양전하를 띠고, 1 원자질량단위(AMU)에 해당하는 질량을 가지고 있습니다. 양성자의 수는 주기율표의 원자 번호와 같으며 원소의 정체를 결정합니다. 중성자도 역시 핵에서 발견됩니다. 중성자는 전하는 없지만 양성자와 동일한 질량을 가지고 있어서 원자의 원자 질량에 기여합니다. 전자는 구름 같이 핵 주위를 돌고 있습니다. 전자는 음전하를 띠고 매우 작은 질량을 가지고 있어서 원자의 전반적인 전하에 영향을 주지만, 질량에는 기여하지 않습니다.