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.
--
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
-
-
원자를 이루는 입자
| 양성자 | 중성자 | 전자 | |
|---|---|---|---|
| 위치 | 원자핵 | 원자핵 | 원자핵 주위 |
| 전하 | +1 (+1.6×10−19 C) | 0 | −1 (−1.6×10−19 C) |
| 질량 | 1.673×10−24 g | 1.675×10−24 g | 9.109×10−28 g |
| 상대적 질량 | 1 | 1 | 약 1/1837 |
| 발견 | 양극선 실험 (골드슈타인, 1886) | 채드윅 (1932) | 음극선 실험 (톰슨, 1897) |
| 무엇을 결정하나 | 원자 번호 → 원소의 종류 | 양성자 수와 함께 질량수 결정 | 전하 (이온), 화학적 성질 |
원자 모형의 변천
| 근거가 된 발견 | 모형의 특징 | |
|---|---|---|
| 돌턴 (1803) | 질량 보존 법칙, 일정 성분비 법칙 | 더 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 발견 | 아주 작고 무거운 (+)원자핵 주위를 전자가 돎 |
| 보어 (1913) | 수소 원자의 선 스펙트럼 | 전자는 정해진 에너지 준위(전자 껍질)의 원형 궤도를 돎 |
| 현대 (1926~) | 전자의 파동성, 슈뢰딩거 방정식 | 전자의 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
- 양성자를 하나 더하면 무엇이 바뀌나요? 중성자나 전자를 하나 더할 때와 비교해 보세요.
- 35Cl과 37Cl의 존재 비율이 약 3 : 1일 때 염소의 평균 원자량을 어림해 보세요. 그래프의 값과 비교해 보세요.
- Na+, Mg2+, O2−, F−의 전자 수와 전자 배치를 비교해 보세요. 어떤 비활성 기체와 같나요?
- 톰슨 모형이 맞았다면 α 입자 산란 실험 결과는 어떻게 나왔을까요? ‘톰슨 모형이라면?’으로 비교해 보세요.
- 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?