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원자모형의 변천사

건포도 푸딩 모형 - 톰슨

1897년 톰슨은 음극선 실험을 통해 전자의 존재를 예측하였습니다. 음극선 실험은 빛의 입자성을 증명하는 실험 중 하나로 전자의 발견 이후 이에 대한 연구가 활발해지고, 정전기력에 의해 원자모델을 제안하게 됩니다. 당시 원자는 전기적으로 중성을 띄어야 한다고 생각하고 있었습니다. 원자가 전기적으로 중성이 되기 위해서는 양전하를 갖는 물질 속에 전하량과 동일한 전자가 균일하게 있어야 한다고 생각했고, 푸딩처럼 박혀있는 '건포도 푸딩' 원자모형을 제시하였습니다.

행성모형 - 러더퍼드

러더퍼드는 그의 스승 톰슨의 이론을 증명하기 위해 α입자 산란실험을 진행합니다. 톰슨의 이론대로라면 α입자 빔이 매우 얇은 금박을 통과 시키면 입자들이 곧게 뻗어가야 하는데 일부는 큰 각도로 산란거나 되돌아 왔습니다. 이때 양전하가 푸딩처럼 박혀 있는게 아니라 작은 공간에 모여 내부에서 핵을 이룬다고 생각하였습니다. 행성저럼 전자는 양성자로 이루어진 원자핵 주변을 도는 ‘러더퍼드 모형’을 제시하였습니다.

보어모형 - 닐스보어

러더퍼드의 모형은 전자가 가속도 운동을 하면 핵 주위를 돌면서 에너지를 잃어버리게 되고, 전자와 핵이 충돌하게 되는 문제점이 발견 되었습니다. 보어는 원자 내부의 전자가 원자핵으로 빨려 들어가지 않고 정해진 궤도를 돌며 에너지를 흡수하거나 방출하지 않는다고 하였습니다. 단. 전자가 낮은 궤도에서 높은 궤도로 갈때는 에너지를 흡수하고, 반대의 경우는 방출하면 빛을 낸다고 했습니다.
러더퍼드의 원자모형(고전 원자론)과 막스 플랑크의 양자설(현대 양자론)을 바탕으로 보어의 새로운 원자모형이 탄생하였습니다.

보어의 원자 모형 탄생 이야기
발머계열
라이먼 계열,파셴 계열

보어의 원자모형은 위에서 언급한 발머 계열, 라이먼 계열, 파셴 겨열의 영향을 받아 탄생했습니다. 어느 날 동료 물리학자가 발머의 수소 원자 스펙트럼에 대해 설명을 해달라고 부탁을 하였는데 어떻게 하면 쉽게 설명할 수 있을까 고민을 하다가 플랑크의 에너지 양자 개념을 적용하여 방출선스펙트럼을 명확하게 설명하였습니다.
보어는 스펙트럼이 낮은 에너지에서 더 높은 에너지 궤도으로 움직이는 것을 전자의 관점에서 설명하고 자신의 원자 모형을 제안하였습니다. 보어의 이론에 영향을 받아 1992년 원자의 전자배치에 따라 지금 우리가 배우고 있는 모양과 아주 비슷한 주기율표가 탄생하게 됩니다.

1913년 총 3개의 논문을 통해 원자모형에 대한 이론을 정리하였습니다. 1부는 방출선스펙트럼, 2부는 원소 주기율표를 설명하기 위해 핵 주위의 전자 배치, 3부는 전자를 공유하는 원자의 형성과정에 대한 이론을 발표하였습니다.

작성자 : 윤지연
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