원자란 무엇인가요

원자는 물질의 가장 작은 입자로, 단독으로 존재하거나 다른 원자와 결합하여 분자를 형성할 수 있는 입자입니다.

1808년 유명한 영국의 화학자, 물리학자, 기상학자인 존 돌턴은 그의 원자 이론을 발표했습니다. 당시 많은 미해결 화학 현상들이 돌턴의 이론으로 빠르게 설명되었습니다. 따라서 이 이론은 화학의 이론적 기초가 되었습니다. 돌턴의 원자 이론의 가설은 다음과 같습니다.

• 모든 물질은 원자라고 불리는 작고 분할 불가능하며 파괴 불가능한 입자들로 구성되어 있습니다.

• 같은 원소의 모든 원자는 동일한 특성을 가지지만 다른 원소의 원자들과는 다릅니다.

• 다른 원소의 원자들은 함께 결합하여 화합물을 형성합니다.

• 화학 반응은 이러한 원자의 재배열일 뿐입니다.

• 어떠한 방법으로도 원자를 생성하거나 파괴할 수 없습니다.

돌턴의 이론에는 몇 가지 단점이 있었는데, 오늘날 우리는 원자가 파괴될 수 있다는 것을 알고 있습니다. 또한 같은 원소의 일부 원자는 질량이 다르며(동위 원소), 이 이론은 동소체의 존재를 설명하지 못합니다.

하지만 현대적인 원자 개념은 루더퍼드의 원자 모델과 보어의 원자 모델의 장점을 결합한 것입니다. 모든 물질은 원자로 구성되며, 모든 원자는 다음과 같이 구성됩니다,

1. 핵

2. 전자

원자의 핵

원자의 중심에 핵이 위치해 있습니다. 핵의 지름은 전체 원자의 지름의 약 1/10000입니다. 원자의 대부분의 질량은 핵에 집중되어 있습니다. 핵 자체는 두 종류의 입자로 구성됩니다,

1. 프로톤

2. 중성자

프로톤

프로톤은 양전하를 가진 입자입니다. 각 프로톤의 전하는 1.6 × 10-19 쿨롱입니다. 원자 핵 내의 프로톤 수는 원자의 원자 번호를 나타냅니다.

중성자

중성자는 어떠한 전기적 전하도 가지고 있지 않습니다. 즉, 중성자는 전기적으로 중성인 입자입니다. 각 중성자의 질량은 프로톤의 질량과 같습니다.
양전하를 가진 프로톤의 존재로 인해 핵은 양전하를 띱니다. 어떤 물질에서도 원자의 무게와 방사능 속성은 핵과 관련이 있습니다.

전자

전자는 원자 내에서 음전하를 가진 입자입니다. 각 전자의 전하는 – 1.6 × 10 – 19 쿨롱입니다. 이러한 전자들은 핵 주변을 둘러싸고 있습니다. 원자 내의 전자에 대한 몇 가지 사실들은 아래에 나열 및 설명되어 있습니다,

• 원자가 같은 수의 프로톤과 전자를 가진 경우, 전자의 음전하가 프로톤의 양전하를 중성화하여 원자는 전기적으로 중성이 됩니다.

• 전자는 껍질(또는 궤도) 안에서 핵 주변을 회전합니다.

• 양전하를 가진 핵은 음전하를 가진 전자에게 인력을 행사합니다. 이 인력은 전자가 핵 주변을 회전하기 위해 필요한 중심력 역할을 합니다.

• 핵에 가까운 전자는 핵과 강하게 결합되어 있어, 핵에서 멀리 떨어진 전자보다 원자에서 제거하기 더 어렵습니다.

• 알루미늄 원자의 구조는 아래의 그림에 표시되어 있습니다-

• 전자를 그 궤도에서 제거하기 위해서는 일정한 양의 에너지가 필요합니다. 첫 번째 궤도에서 전자를 제거하는 데 필요한 에너지는 외부 궤도에서 전자를 제거하는 데 필요한 에너지보다 훨씬 많습니다. 이는 핵이 첫 번째 궤도의 전자에 대해 행사하는 인력이 외부 궤도의 전자에 대한 인력보다 훨씬 크기 때문입니다. 마찬가지로, 두 번째 궤도에서 전자를 제거하는 데 필요한 에너지는 첫 번째 궤도보다 적고 세 번째 궤도보다 많습니다. 따라서 우리는 전자들이 특정 양의 에너지와 연관되어 있음을 말할 수 있습니다. 따라서 궤도 또는 껍질은 에너지 수준이라고도 부릅니다.

• 에너지 수준은 K, L, M, N 등의 문자로 표시됩니다. 여기서 K는 핵에 가장 가까운 궤도이며 가장 낮은 에너지 수준을 가집니다. 반면에 가장 외부의 궤도는 가장 높은 에너지 수준을 가집니다.

• 각 에너지 수준에서의 최대 전자 수는 '2n2'로 주어집니다. 여기서 n은 정수이며 "주 양자수"를 나타냅니다. 다른 에너지 수준의 n 값과 최대 전자 수는 아래의 표에 나열되어 있습니다

• 위의 공식 (2n2)은 어떤 껍질에서의 최대 전자 수를 결정하는데 사용되지만, 몇 가지 제한이 있습니다. 가장 외부의 껍질(가장 높은 에너지 수준)의 전자 수는 8을 초과할 수 없습니다. 예를 들어 칼슘 원자를 고려해 보겠습니다. 이 원자는 핵 주변을 도는 20개의 전자를 가지고 있습니다. 위의 규칙에 따른 공식 2n2에 따르면, 전자의 분포는 K 수준에서 2개, L 수준에서 8개, 그리고 나머지 10개의 전자가 남게 됩니다. 그러나 가장 외부의 에너지 수준의 전자는 8개를 초과할 수 없습니다. 따라서 M 수준에는 8개의 전자가 있고, 나머지 2개의 전자는 다음 에너지 수준으로 갈 것입니다. 즉, 2개의 전자가 N 수준으로 갈 것입니다. 칼슘 원자의 전자 구조는 아래의 그림에 표시되어 있습니다-

팁