원자의 구조와 역사 -1 에 이어 글을 작성하겠다.
지금까지는 원자의 어원, 구조, 표현 방법에 대해 알아보았다.
이번 글은 원자구조 발견에 대한 역사이다.
원자는 1~5기 원자로 나눌 수 있고 이번 글에서는 1~3기 원자까지에 대해 알아보겠다.
1,2,3 기는 각각 돌턴, 톰슨, 러더퍼드(이름이 러독프 스럽네)에 의해 발견되었다.
1기 원자는 '더이상 쪼개지지 않는 물질' 이라는 개념이다.
화학반응을 통하여 더이상 쪼개질 수 없는 물질이다. 현재는 원자 속에 양성자, 중성자, 전자가 있는 것을 알지만 이 때는 몰랐던 것이다.
(2,3 기 원자 실험에는 <그림>을 사용해 설명할 것이다.)
2기 원자에서는 '전자' 의 존재를 찾아냈고 이를 통해 원자는 전자와 양전하를 띠는 물질로 이루어진 구조라 생각했다.
2기 원자 실험이 '톰슨의 음극선 실험' 이다.
음극선은 <그림 1>, <그림 2> 와 같은 진공관에서 전압을 걸어줬을 때 전자가 -극에서 +극으로 빛을내며 직진하는 것이다.
<그림 1> 진공관에서 전압을 가했을 때
위와 같은 실험을 통해서 원자 안에 전자가 있다는 것, 그리고 전자의 전기적 성질을 밝혔다.
이후 전자의 성질을 밝히기 위해 또다른 실험이 진행되었다. (아까와 같은 톰슨에 의해)
<그림 2> 진공관에서 전압을 가하고 자석을 갖다댔을 때
위 실험에서와 달리 '자석' 을 사용해 원자의 진행방향을 바꾸어 보았다. 이로써 전자의 자기적 성질이 밝혀진 것이다.
위 두 실험을 통해서 전자의 '전자기적 성질' 을 밝혀냈다.
이 당시 톰슨이 주장했던 원자의 모형은 <그림 3> 과 같이 큰 양성자 안에 전자가 박혀있는 모습이었다.
<그림 3> 톰슨의 원자 모형
3기 원자는 '원자핵' 이 있다는 것을 찾아내었다.
3기 원자 실험은 '러더퍼드의 알파 입자 살란 실험이다.
<그림 4> 를 이용해서 설명을 진행하겠다.
<그림 4> 러더퍼드의 알파입자 산란 실험
먼저 <그림 4> 에 대한 설명을 하겠다.
상자에서 알파 입자('라돈' 과 같은 몇몇 원소들은 양전하를 띤 알파 입자를 방출한다. <참고 문헌 1> 위키백과)가 나오는데 그 입자가 금색 판 (실제로도 금판을 사용함) 을 지나며 산란되는 형태이다. 그리고 검은색 원은 산란된 입자를 측정할 수 있는 것이다.
러더퍼드가 기대했던 실험 결과는 금판에 놓여있는 '원자' 를 알파 입자가 쉽게 통과할 것이고 산란되더라도 매우 작은 각도로 산란되는 것이다.
하지만 실험 결과는 달랐다. 기존에 톰슨이 제시했던 원자 모형으로는 설명할 수 없는 결과가 나온 것이다.
<그림 5> 알파 입자 산란 실험에 대한 톰슨 원자모형(상)과 러더퍼드 원자모형(하)
예상했던 결과는 많은 수의 입자들이 작은 각도로 굴절되는 것이었다.
하지만 대부분의 입자들은 거의 굴절이 되지 않았고 몇몇 입자들이 매우 큰 각도로 굴절되었다.
이 실험의 결과 원자 중앙에는 '원자핵' 이란 큰 것이 존재한다는 것이다.
이번에는 1~3기 원자에 대해 알아보았다.
1기 : 원자는 쪼갤 수 없는 가장 작은 단위
2기 : 원자 안에는 전자가 존재하며 전자는 전자적/자기적 성질을 모두 띤다
3기 : 원자의 중심에는 원자핵이 존재한다
<참고 문헌>
1. 위키백과 (라돈)
<그림>