전자

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전자
HAtomOrbitals.png
수소 원자의 이론적인 전자 밀도 분포
구성 기본입자
통계 페르미온
무리 렙톤
세대 1세대
반입자 양전자
이론 조지 존스톤 스토니(1874)
발견 J.J. 톰슨(1897)
기호 e, β
질량 9.109 3826(16) × 10-31 kg
5.485 899 0945(24) × 10-4 u
0.510 998 918(44) MeV/c2
전하 -1e
-1.602 176 53(14) × 10−19 C
스핀 1/2

전자 (電子, electron) 는 음(-)의 전하를 띠고 있는 기본 입자이다. 원자 내부에서 양성자중성자로 구성된 원자핵의 주위에 분포한다.

역사[편집]

전자 탐구의 역사는 톰슨의 음극선 실험에서 시작되었다. 톰슨은 진공방전관을 실험하다가 0.1Pa의 낮은 기압에서의 진공방전에서 엷은 연두색의 형광빛이 생기는 것을 보았다. 또한 그 빛은 음극에서 나와 양극으로 흘러갔다. 톰슨의 실험결과는 이렇다.

  1. 음극선(cathode ray)은 직진한다.
  2. 음극선에는 운동에너지가 존재한다.
  3. 자기장이 작용할 때 휜다.
  4. 전기장이 작용할 때에도 휜다.(이 때 음극선은 양극쪽으로 휘어지게 된다.)
  5. 질량을 갖고 있다.

톰슨은 이 입자의 비전하량을 측정하는 데는 성공했지만, 질량전하량이 각각 얼마인지는 알 수 없었다. 이후 미국의 밀리컨기름방울실험을 통해 전자의 질량을 측정했다. 그가 사용한 방법은 다음과 같다.

  1. 기름방울을 서스펜션의 형태로 흩뿌린다.
  2. 전기장을 사용한다.

이로써 밀리칸은 기름방울의 전하량을 측정했고, 많은 기름방울을 측정한 결과, 그 값이 대략 1.60×10-19의 정수배값을 갖게된다는 것을 확인했다. 현재의 정밀한 기술에 의한 실험결과는 e = 1.60217733×10-19C이다. 한편 톰슨의 공식 e \over m = 1.759×1011C/kg에 대입하면 전자의 질량(m=9.1093897×10-31kg)을 구할 수 있다. 원자와 전자의 관계는, 닐스 보어양자 역학적으로 원자를 이해하려고 시도한 이후, 헨리 모즐리의 X선 스펙트럼 실험이 뒤따르면서 구체적으로 밝혀지기 시작했다.

물리적 성질[편집]

전자는 음(-)의 전하값을 가지며 그 전하값은 -1로 놓는다. 빛 뿐 아니라 전자 역시 입자와 파동의 이중성을 갖는다는 것이 밝혀졌고, 하이젠베르크불확정성원리에 의하면 전자의 위치나 운동량에 대해서 확률만 알 수 있을 뿐, 정확한 값은 결코 구할 수 없다. 그래서, 오비탈 이론에서는 전자의 존재 확률이 90%인 경계면을 보통 원자의 경계면이라고 한다. 한편 전자기역학적으로 전자는 핵심 역할을 한다.

화학적 성질[편집]

화학에서는 주로 원자가전자에 대해 주목하는데, 그 이유는 전자가 원자의 성질을 결정하는 데 중요하기 때문이다. 원자가전자가 1개이면 알칼리 금속으로 양이온이 되며 특히 할로젠 원소와 격렬히 반응한다. 원자의 최외곽전자가 8개이면 일원자분자 형태로 존재하고 반응을 거의 안 하는데 그 이유는 옥텟 법칙에 따라 최외각 전자가 8개일 때 원자가 가장 안정하기 때문이다.

같이 보기[편집]