원자

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원자(原子)는 화학 반응을 통해 더 쪼갤 수 없는 단위를 말한다. 현대 물리학의 관점에서 원자는 원자핵전자로 이루어져 있으며, 핵반응을 통해서는 더 작은 단위로 나누어 진다.

어원[편집]

인도 유럽어에서 쓰이는 atom은 고대 그리스어 a-tomos에서 온 것으로서 더 이상 나뉠 수 없는(a-: 부정, tomos: 쪼갬) 이라는 뜻을 갖고 있다. 이 뜻과는 약간 달리 동양에서 쓰이는 원자(原子)라는 한자어는 물체의 근본이 되는 것이라는 현대 물리학적 해석에 준용하여 atom을 번역한 것이라고 볼 수 있다.

atom이라는 낱말은 언어적으로 고대 그리스어에 뿌리가 있을 뿐만 아니라, 그 추상적 개념은 이미 기원전 5세기에 고대 그리스 철학자 데모크리토스가 쓴 것이다. 이러한 어원대로라면 당대에 알고 있는 가장 작은 기본 단위(현재는 쿼크렙톤)가 원자가 되어야 마땅하겠지만, 물리학화학에서는 이 항목의 정의에 따른다.

원자의 구조와 모형[편집]

floating

원자는 전자구름 여러 개가 덮고 전자가 가스층 안에서 돌고 있으며, 한 가운데에서는 원자핵이 있다. 핵은 양성자중성자가 이룬다.

돌턴의 원자 구조[편집]

현재 쓰이고 있는 원자의 의미는 돌턴이 확립했다. 즉 화학 반응에 의해 더 이상 나뉘지 않는 기본 단위를 상정하면 많은 화학의 화합물의 성질이 간단하게 설명되기 때문이다. 그러나 돌턴이 원자라고 생각한 것들 중에는 지금의 의미로는 원소인 것들이 많다.

톰슨의 원자 구조[편집]

조지프 존 톰슨은 원자가 양전하를 띠고 있는 양성자 속에 전자가 빵속의 건포도처럼 박혀있는 모양이라고 주장했다. 이는 전자의 발견으로 돌턴의 원자 모형에서 전기적으로 양성을 띤 부분과 전기적으로 음성을 띤 전자를 구별했다는 점에서 의의가 있다.

러더포드의 원자구조[편집]

러더포드는 그의 금속박막 산란 실험에서 박막의 특정영역에서만 알파선이 산란되는 것을 보고 원자 질량의 대부분을 차지하는 양성자는 원자 내부에 작게 뭉쳐져 있고 그 바깥쪽으로 전자가 넓게 퍼져 공전하고 있는 마치 태양계의 행성 모델과 흡사한 원자구조를 주장하였다.

닐스 보어의 원자구조[편집]

러더포드의 원자모형은 전자가 원자핵주위를 공전하면서 전자기파를 방출하고 양성자로 떨어져야 한다는 모순을 안고 있었다. 닐스 보어는 이를 설명하기 위해 전자가 허용된 특정 궤도에만 존재할 수 있다는 양자화 가설을 내놓았다. 이의 모순점을 해결하는 과정에서 양자역학이 탄생했다고 볼 수 있다.

현대 물리학의 원자구조[편집]

하이젠베르크불확정성 원리를 기반으로 하는 양자역학은 전자나 원자핵의 위치와 속도를 동시에 기술하는 것을 포기했다. 원자는 원자핵 주위에 전자구름확률적으로 분포하는 것으로 보고 있다. 전자구름파동함수로 기술되며 슈뢰딩거 또는 디락의 방정식의 해가 된다.

원자의 구성[편집]

현대 물리학에서 원자는 기본 단위가 아닌 원자핵과 전자가 결합한 형태이다. 화학적 성질은 원자의 성질과 직접적인 관련이 있다.

원자핵[편집]

원자핵양성자중성자강한 상호작용으로 결합해 있다. 이들 양성자와 중성자의 개수에 따라 원자를 주기율표로 분류할 수 있으며 화학적인 성질이 결정된다. 이 결합을 바꾸면 아주 강한 힘이 나온다.

전자[편집]

전자는 원자핵과 반대인 음의 전하를 띠며 원자핵 주위에 확률적으로 전자구름을 이루며 존재한다.

공식[편집]

양성자, 전자는 atom number이고 중성자는 atom mass-atom number이다.

원자론의 과학자와 현대 원자와 관련된 이론[편집]

원자 단위의 물리학은 원자 광학나노 과학에서 이루어진다. 이들 실험은 원자를 옮기고 운동 속도를 조정하며 이루어진다. 원자보다 더 작은 원자핵의 물리학은 핵물리학입자물리학의 주제가 된다.

읽어 보기[편집]

  • 스티븐 와인버그, 아원자 입자를 찾아서, 민음사

바깥 고리[편집]