화학 전공자들에게 이 글은 매우 낮은 수준의 글일 것이나 글쓴이와 같이 타 전공의 이공계 학생들에게 도움이 되었으면 하는 마음에 글을 적는다.
(사실 대학 1학년 일반화학 시간에 배우는 내용이나 전 잘 기억이 나지 않더라구요.)
글의 순서는 원자의 어원, 구조, 표현 방법, 역사 이다.
이공계 학생들은 대학교 1학년 혹은 그 이전에 화학을 배웠다면 '원자' 가 무엇이냐는 질문을 받는다면 이런 대화가 이어질 것이다.
(물론 다 그렇다는건 아님)
학생A : 양성자, 중성자, 전자로 이루어진 것이요!
학생B : 그럼 양성자 중성자 전자는 뭐에요?
학생A : 양성자는 + 전하, 중성자는 전하가 없고, 전자는 - 전하를 띄는 것이요!
학생B : 각각의 특징은 무엇일까요?
학생A : 양성자, 중성자는 무겁고 전자는 가벼워요. 그리고 이온결합, 공유결합을 할 때 전자를 이용해요!
이 정도가 (내가 생각하는) 학생들의 대화이다.
그렇다면 '원자' 라는 개념은 왜 등장하게 된 것이고 구조가 밝혀지기 까지 어떤 사건들이 있었나 지금부터 알아볼 것이다.
먼저 '원자' 라는 단어의 어원에 대해 알아보자. (atom/原子)
atom 은 고대 그리스어 a-tomos 에서 온 것으로 '더 이상 나뉠 수 없는' (a- : 부정, tomos : 쪼갬) 이라는 뜻을 가지고 있다.
原子(원자) 는 물체의 근본 이라는 현대 물리학적 해석에 준용하여 atom을 번역한 것이라 볼 수 있다. (<참고 문헌 1> 위키백과)
원자의 어원은 위와 같고 다음으로 원자의 구조에 대해 알아보겠다.
원자는 위에서 말했듯이 양성자, 중성자, 전자로 이루어져 있다. (양성자와 중성자를 모아 원자핵이라 부른다.)
<그림 1> 탄소-12 의 구조 (양성자 6, 중성자 6, 전자 6개)
<그림 1> 은 원자를 설명할 때 사용할 탄소 원자의 구조이다.
앞서 보았던 학생과 선생의 대화에서 볼 수 있듯이 양성자는 +전하, 중성자는 중성, 전자는 -전하를 띄고 있다. 전하의 개념은 링크 를 참고하길 바란다.
여기서 전자는 서로 척력(서로 밀어내는 힘)이 발생하여도 넓은 공간에 퍼져있으니 괜찮다 하더라도 양성자의 경우 좁은 공간에 +전하를 띠는 것 끼리 있기 때문에 척력이 발생하는데 떨어지지 않는 이유는 중성자가 양성자를 잡고있기 때문이다.
<그림 1> 은 탄소-12 원자로 양성자 6개, 중성자 6개, 전자 6개로 이루어져 있어 전기적으로 중성을 띤다.
전기적으로 중성을 띤다고는 하나 옥텟규칙에 의해 최외각 전자 (원이 두 개 이상일 때 가장 바깥 원에 있는 전자)의 개수가 8개여야 안정적이기 때문에 탄소-12 는 불안정한 상태이다.
중성자 수가 다른 경우 탄소의 동위원소인데 이는 링크를 참고하길 바란다.
지금까지 원자의 구조에 대해 알아보았고 다음은 원자의 표현 방법이다.
<그림 2> 원자의 표현 방법을 설명하기 위한 그림
원자의 표현 방법을 알아보기 위해 <그림 2> 을 이용해 설명하겠다.
먼저 X 에는 해당 원소의 기호가 들어간다. 산소는 O (Oxygen), 탄소는 C (Carbon) 이다.
빨간색 원에는 원자의 질량이 들어가는데 이는 양성자 수와 중성자 수의 합이다. (자세한 원자의 질량, 원자량에 대해서는 링크를 참고하길 바란다.)
노란색 원에는 원자 번호
주황색 원에는 원자의 전하량
파란색 원에는 원자의 개수
가 각각 들어간다. (예시는 귀찮아서 안적겠다.)
생각보다 글이 길어져 글을 나눠서 쓰도록 하겠다.
<참고 문헌>
1. 위키백과 (원자)
<그림>