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원자의 구조

원자는 원자핵(양성자 + 중성자)과 그 주위의 전자로 이루어져 있어요. 입자를 하나씩 더하고 빼면서 원소, 동위 원소, 이온이 어떻게 달라지는지 확인해 보세요. 돌턴의 공 모형에서 현대의 전자구름 모형까지, 원자 모형이 실험 결과에 따라 어떻게 바뀌어 왔는지도 살펴볼 수 있어요.

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양성자 (+)중성자 (0)전자 (−)
이하은T 과학 실험실

끌어서 돌리고 휠로 확대할 수 있어요 · 원자핵은 실제보다 아주 크게 그렸어요 (실제 원자핵은 원자 크기의 약 10만분의 1)

양성자1
중성자0
전자1
예시
전자 표시

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원자를 이루는 입자

양성자중성자전자
위치원자핵원자핵원자핵 주위
전하+1 (+1.6×10−19 C)0−1 (−1.6×10−19 C)
질량1.673×10−24 g1.675×10−24 g9.109×10−28 g
상대적 질량11약 1/1837
발견양극선 실험 (골드슈타인, 1886)채드윅 (1932)음극선 실험 (톰슨, 1897)
무엇을 결정하나원자 번호 → 원소의 종류양성자 수와 함께 질량수 결정전하 (이온), 화학적 성질

원자 모형의 변천

근거가 된 발견모형의 특징
돌턴 (1803)질량 보존 법칙, 일정 성분비 법칙더 이상 쪼갤 수 없는 단단한 공
톰슨 (1904)음극선 실험 → 전자 발견(+)전하가 고르게 퍼진 공 속에 전자가 박혀 있음
러더퍼드 (1911)α 입자 산란 실험 → 원자핵 발견아주 작고 무거운 (+)원자핵 주위를 전자가 돎
보어 (1913)수소 원자의 선 스펙트럼전자는 정해진 에너지 준위(전자 껍질)의 원형 궤도를 돎
현대 (1926~)전자의 파동성, 슈뢰딩거 방정식전자의 위치를 확률 분포인 전자구름(오비탈)으로 나타냄
원자 번호와 질량수

Z와 A

  • 원자 번호(Z) = 양성자 수
  • 질량수(A) = 양성자 수 + 중성자 수
  • 중성 원자는 양성자 수 = 전자 수
  • 원소 기호 왼쪽 위에 질량수, 왼쪽 아래에 원자 번호를 써요
동위 원소

양성자 수는 같고 중성자 수는 달라요

  • 원자 번호가 같아 화학적 성질이 같아요
  • 질량수가 달라 물리적 성질(질량, 밀도 등)이 달라요
  • 평균 원자량 = Σ(동위 원소의 원자량 × 존재 비율)
이온

전자를 잃거나 얻어요

  • 전자를 잃으면 양이온 (양성자 수 > 전자 수)
  • 전자를 얻으면 음이온 (양성자 수 < 전자 수)
  • 원자핵은 그대로라서 원소의 종류는 바뀌지 않아요
  • 많은 이온이 비활성 기체와 같은 전자 배치를 가져요
α 입자 산란 실험

원자의 대부분은 빈 공간

  • 대부분의 α 입자가 금박을 그대로 통과 → 원자 대부분은 빈 공간
  • 일부가 크게 휘거나 튕겨 나옴 → (+)전하와 질량이 집중된 작은 원자핵

생각해 보기

  1. 양성자를 하나 더하면 무엇이 바뀌나요? 중성자나 전자를 하나 더할 때와 비교해 보세요.
  2. 35Cl과 37Cl의 존재 비율이 약 3 : 1일 때 염소의 평균 원자량을 어림해 보세요. 그래프의 값과 비교해 보세요.
  3. Na+, Mg2+, O2−, F−의 전자 수와 전자 배치를 비교해 보세요. 어떤 비활성 기체와 같나요?
  4. 톰슨 모형이 맞았다면 α 입자 산란 실험 결과는 어떻게 나왔을까요? ‘톰슨 모형이라면?’으로 비교해 보세요.
  5. 보어 모형에서 전자가 n = 3에서 n = 2로 옮겨 갈 때 나오는 빛과 n = 2에서 n = 1로 옮겨 갈 때 나오는 빛 중 에너지가 더 큰 것은 무엇인가요?