원자는 물질의 기본 단위와 요소의 정의 구조입니다. "원자"라는 용어는 불가분의 그리스어 단어에서 유래했습니다. 왜냐하면 한때 원자는 우주에서 가장 작은 것으로 생각되어 나눌 수 없었기 때문입니다. 우리는 이제 원자가 쿼크와 같은 더 작은 입자로 구성된 양성자, 중성자 및 전자의 세 가지 입자로 구성되어 있음을 알고 있습니다.
원자는 137 억 년 전 빅뱅 이후에 만들어졌습니다. 뜨겁고 밀도가 높은 새로운 우주가 식 어감에 따라 쿼크와 전자가 형성되기에 적합한 조건이되었습니다. 쿼크는 양자와 중성자를 형성하기 위해 모여서이 입자들을 핵으로 결합시켰다. CERN에 따르면이 모든 것은 우주가 존재하는 첫 몇 분 안에 일어났다.
우주가 전자를 늦추어 핵이 전자를 포획하여 첫 번째 원자를 형성 할 수있을 정도로 380,000 년이 걸렸습니다. 제퍼슨 연구소에 따르면 가장 초기의 원자는 주로 수소와 헬륨으로 우주에서 가장 풍부한 원소라고한다. 중력은 결국 가스 구름이 합쳐져 별을 형성하게했으며, 별이 폭발 할 때 (초신성) 별 내부에 더 무거운 원자가 생성되어 우주 전체로 보내졌다.
원자 입자
양성자와 중성자는 전자보다 무겁고 원자 중심의 핵에 존재합니다. 전자는 매우 가벼우 며 핵을 공전하는 구름에 존재합니다. Los Alamos National Laboratory에 따르면 전자 구름은 핵보다 반경이 10,000 배 더 크다고한다.
양성자와 중성자는 질량이 거의 같습니다. 그러나 한 양성자는 전자보다 약 1,835 배 더 무겁습니다. 원자는 항상 같은 수의 양성자와 전자를 가지며, 양성자와 중성자의 수는 일반적으로 동일합니다. 원자에 양성자를 추가하면 새로운 원소가 생성되고, 중성자를 추가하면 그 원자의 동위 원소 또는 더 무거운 버전이 만들어집니다.
핵
핵은 1911 년 뉴질랜드의 물리학 자 어니스트 러더 포드에 의해 발견되었습니다. 1920 년, 러더 포드는 양으로 하전 된 원자 입자의 양성자라는 이름을 제안했습니다. 그는 또한 영국 물리학 자이자 Rutherford의 학생 인 제임스 채드윅 (James Chadwick)이 1932 년에 확인할 수있는 핵 안에 중립 입자가 있다고 이론화했다.
Chemistry LibreTexts에 따르면, 원자의 모든 질량은 핵에 존재합니다. 핵을 구성하는 양성자와 중성자는 대략 같은 질량 (양자가 약간 적음)이며 같은 각 운동량 또는 스핀을 갖습니다.
핵은 자연의 네 가지 기본 힘 중 하나 인 강한 힘에 의해 함께 유지됩니다. 양성자와 중성자 사이의 이러한 힘은 전기 규칙에 따라 양성자를 분리시키는 반발력을 극복합니다. 결합력이 핵의 크기에 따라 다른 원자에 따라 달라지기 때문에 일부 원자핵은 불안정하다. 이 원자들은 탄소 -14가 질소 -14로 붕괴하는 것과 같은 다른 원소들로 붕괴 될 것이다.
양성자
양성자는 원자핵에서 발견되는 양으로 하전 된 입자입니다. 러더 포드는 1911 년에서 1919 년 사이에 실시 된 음극선 관을 사용한 실험에서 이들을 발견했습니다. 양성자는 중성자보다 약 99.86 %입니다.
원자의 양성자 수는 각 원소마다 고유합니다. 예를 들어, 탄소 원자에는 6 개의 양성자가 있고, 수소 원자에는 1이 있고, 산소 원자에는 8이 있습니다. 원자의 양성자 수는 해당 원소의 원자 번호라고합니다. 양성자의 수는 또한 원소의 화학적 거동을 결정합니다. 원소는 원자 번호가 증가하는 순서대로 원소 주기율표에 배열됩니다.
3 개의 쿼크가 각각의 양성자를 구성합니다. 각각 2 개의 "위"쿼크 (각각 2/3의 양전하를 가짐)와 1 개의 "다운"쿼크 (1 분의 1의 음전하를 둠)-글루 톤이라는 다른 아 원자 입자에 의해 함께 유지됩니다. 그것은 질량이 없습니다.
전자
전자는 양성자와 중성자에 비해 작으며 양성자와 중성자보다 1,800 배 이상 작습니다. Jefferson Lab에 따르면 전자는 중성자보다 약 0.054 % 정도 무겁습니다.
과학사 협회에 따르면 영국 물리학 자 조셉 존 (J.J.) 톰슨은 1897 년에 전자를 발견했다. 원래 "corpuscles"로 알려진 전자는 음전하를 가지며 양으로 하전 된 양성자에 전기적으로 끌립니다. 전자는 1920 년대 오스트리아 물리학자인 어윈 슈뢰딩거 (Erwin Schrödinger)가 제시 한 아이디어 인 궤도 (orbitals) 경로에서 원자핵을 둘러싼 다. 오늘날이 모델은 양자 모델 또는 전자 구름 모델로 알려져 있습니다. 원자 주위의 내부 궤도는 구형이지만 외부 궤도는 훨씬 더 복잡합니다.
원자의 전자 배열은 전형적인 원자에서 전자의 위치를 말합니다. Los Alamos National Laboratory에 따르면 화학자들은 전자 구성과 물리 원리를 사용하여 안정성, 비등점 및 전도도와 같은 원자의 특성을 예측할 수 있습니다.
중성자
미국 물리 학회에 따르면 중성자의 존재는 1920 년 러더 포드에 의해 이론화되었고 1932 년 채드윅에 의해 발견되었다. 중성자는 얇은 베릴륨 시트에서 원자를 쏜 실험 중에 발견되었습니다. 중성자-전하가없는 아 원자 입자가 방출되었습니다.
중성자는 모든 원자핵 내에서 발견 된 하전되지 않은 입자입니다 (수소 제외). 중성자의 질량은 양성자의 질량보다 약간 큽니다. 양성자와 마찬가지로 중성자도 쿼크 (하나의 "위"쿼크 (양의 2/3 충전))와 두 개의 "다운"쿼크 (각각 음의 1/3 충전)가 있습니다.
원자의 역사
원자의 이론은 기원전 440 년까지 거슬러 올라갑니다. 그리스 과학자이자 철학자 인 Democritus에게 "아토 모스에서 아톰까지 : 개념 원자의 역사"(Dukeene University Press, 1952)의 저자 앤드류 G. 반 멜센 (Andrew G. Van Melsen)에 따르면 민주주의 자들은 아마도 과거 철학자들의 연구에 따라 원자 이론을 세웠을 가능성이 높다.
원자에 대한 Democritus의 설명은 돌로 시작합니다. 반으로 자른 돌은 같은 돌의 두 반쪽을 제공합니다. 석재를 지속적으로 절단해야한다면, 어느 시점에는 더 이상 절단 할 수 없을 정도로 작은 석재 조각이 존재할 것입니다. "원자"라는 용어는 불가분의 그리스어 단어에서 유래하며, Democritus는 존재 (어떤 형태의 물질)도 더 이상 나눌 수없는 지점이어야한다고 결론지었습니다.
그의 설명에는 원자들이 서로 별개로 존재하고, 무한한 양의 원자가 있고, 원자가 움직일 수 있고, 서로 결합하여 물질을 만들 수 있지만 합쳐져서 새로운 원자가되지 않는다는 생각과 Universe Today에 따르면 나눌 수 없습니다. 그러나 당시 대부분의 철학자, 특히 매우 영향력있는 아리스토텔레스는 모든 물질이 지구, 공기, 불 및 물에서 생성되었다고 믿었으므로 Democritus의 원자 이론은 제외되었습니다.
퍼듀 대학교의 화학과에 따르면 영국 화학자 인 존 달튼 (John Dalton)은 1803 년 자신의 원자 이론을 발표하면서 Democritus의 아이디어를 바탕으로 구축되었다. 달튼의 이론은 원자가 불가분의 관계이고 파괴 할 수없고 모든 원자가 모든 물질을 만들기 위해 서로 형성되는 것과 같은 Democritus의 몇 가지 아이디어를 포함했다. 이론에 대한 Dalton의 추가 사항은 다음과 같은 아이디어를 포함했습니다. 특정 원소의 모든 원자가 동일하고 한 원소의 원자가 다른 원소의 원자와 다른 무게와 특성을 가질 것이며 원자를 만들거나 파괴 할 수 없으며 물질은 간단한 정수로 결합 된 원자.
1897 년에 전자를 발견 한 영국의 물리학자인 톰슨 (Thomson)은 화학 유산 재단 (Chemical Heritage Foundation)에 따르면 원자가 분리 될 수 있음을 증명했다. 그는 음극선 관에서의 방전 특성을 연구함으로써 전자의 존재를 확인할 수있었습니다. Thomson의 1897 논문에 따르면, 광선이 튜브 내에서 편향되어 진공 튜브 내에 음으로 대전 된 것이 있음을 증명했습니다. 1899 년에 Thomson은 일반적으로 "자두 푸딩 모델"로 알려진 그의 버전의 원자에 대한 설명을 발표했습니다. 이 논문의 발췌 내용은 Chem Team 사이트에 있습니다. 톰슨의 원자 모델에는 원자에 전체 중성 전하를 제공하는 양전하를 생성하는 무언가에 현수 된 다수의 전자가 포함되었습니다. 그의 모델은 둥근 케이크 같은 공에 건포도가 매달린 인기있는 영국 디저트 인 자두 푸딩과 비슷했습니다.
Purdue University의 화학과에 따르면 원자 모델을 추가로 수정하고 발전시키는 다음 과학자는 Thomson에서 연구 한 Rutherford였습니다. 1911 년, 러더 포드는 그의 전자 버전에 의해 공전 된 양으로 하전 된 핵을 포함하는 그의 원자 버전을 발표했습니다. 이 모델은 러더퍼드와 그의 조수가 얇은 금으로 알파 입자를 발사했을 때 일어났다. Jefferson Lab에 따르면 알파 입자는 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성되며, 모두 핵과 결합하는 동일한 강한 핵력에 의해 함께 유지됩니다.
과학자들은 소량의 알파 입자가 원래의 운동 방향에 대해 매우 큰 각도로 흩어져있는 반면, 대다수는 거의 방해받지 않고 통과했다고 보았다. 러더 포드는 금 원자핵의 크기를 근사 할 수 있었으며, 원자 전체가 빈 공간 인 원자 전체 크기보다 10,000 배 이상 작았 다. Rutherford의 원자 모델은 여전히 오늘날 사용되는 기본 모델입니다.
다른 과학자들은 Niels Bohr (Rustherford의 모델을 바탕으로 수소 스펙트럼에 기반한 전자 특성을 포함), Erwin Schrödinger (원자의 양자 모델 개발), Werner Heisenberg (원자 모두를 알 수 없음) 전자의 위치와 속도를 동시에), Murray Gell-Mann 및 George Zweig (독자와 중성자가 쿼크로 구성되었다는 이론을 독립적으로 개발).
