원자의 정의는 무엇인가?
원자
원자(原子, atom)는 화학 반응을 통해 더 쪼갤 수 없는 단위를 말한다. 현대 물리학의 관점에서 볼 때 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있으며, 원자핵은 중성자와 양성자로 구성된다. 또 핵반응을 통해서는 더 작은 단위로 나뉜다. 원자와 혼동하기 쉬운 개념으로 '원소'를 들 수 있는데, 원자가 물질을 구성하는 기본 입자라고 한다면, 원소는 물질을 이루는 성분의 종류라고 하겠다. 한편, 여러 원자의 화학적 결합으로 이루어진 분자는 물질의 성질을 가지는 가장 작은 입자이다.
원자 궤도
톰슨과 러더퍼드 이후 본격적으로 전자와 원자핵에 대한 개념이 도입되었다. 러더퍼드는 태양 주변을 공전하는 태양계 행성과 같이 전자가 원자 주변을 원형 궤도로 공전한다고 하였다. 그러나 그의 원자 모형은 원자가 매우 불안정하여 빠르게 붕괴하며 물질들이 존재할 수 없게 된다는 것과 수소 원자의 선 스펙트럼을 설명할 수 없다는 한계점을 지니고 있었다. 이를 1913년, 덴마크의 물리학자 보어가는 수소의 선스펙트럼 실험을 통해 수소 원자내의 전자는 특정한 파장의 에너지만을 방출, 흡수한다는 사실을 알아내었고 양자모형을 주장하였다. 보어는 전자가 허용된 궤도만을 돈다고 가정하였고 고전물리학 이론을 이용하여 전자의 궤도를 계산하였다.
원자 궤도
근본적으로, 원자 궤도는 전자 하나의 전자에 존재하지 않는 전자기파이지만, 전자 하나의 전자는 근사이다. 궤도에 대해 생각할 때, 우리는 종종 궤도 상상을 한다. (설명이나 묘사가 없는 경우라 할지라도) 이 상상은 분자 궤도 이론의 복잡성을 줄이는 한가지 방법인 Hartree-Fock 근사법의 영향을 크게 받는다.
원자성
원자성(atomicity)은 어떤 것이 더 이상 쪼개질 수 없는 성질을 말한다. 어떤 것이 원자성을 가지고 있다면 원자적(atomic)이라고 한다. 어떠한 작업이 실행될때 언제나 완전하게 진행되어 종료되거나, 그럴 수 없는 경우 실행을 하지 않는 경우를 말한다. 원자성을 가지는 작업은 실행되어 진행되다가 종료하지 않고 중간에서 멈추는 경우는 있을 수 없다.
원자성 (데이터베이스)
‘Atom’의 어원은 ‘기초적이고 나눌 수 없는 요소’란 의미로, 고대 그리스어에서 기원한다.
물질
입자에 의한 물질의 정의에 따르면 원자는 경입자의 일종인 전자와 쿼크에 의해 이루어진 바리온인 양성자, 중성자로 이루어진다. 이렇게 이루어진 원자는 다시 분자를 구성한다. 이러한 의미에서 원자와 분자를 물질의 기본단위로 정의할 수 있다. 이러한 정의는 이온과 같이 원자가 아닌 상태의 물질에서도 적용될 수 있다.
원자론
돌턴은 각 기체를 구성하는 원자들의 질량비를 찾기 위해 원자론을 기반으로 하나의 가설을 세웠다. 두 원소가 결합을 할 때, 각 원소의 원자가 1:1로 결합하여 2원자 화합물을 만드는 것이 가장 쉽다고 가정했다. 그러므로 두 원소가 결합하여 만들어지는 화합물이 하나밖에 없으면 그것은 1:1로 결합한다고 가정했다. 그리고 두 가지 이상의 화합물을 만든다면 하나는 1:1, 다른 하나는 1:2, 그다음은 1:3 등 결합에 있어서 가장 단순한 정수비를 따른다고 본 것이다. 이러한 결합 규칙을 설정해 놓음으로써 돌턴은 여러 화합물을 구성하는 원소들의 질량비를 알게 되었고, 이를 통해 수소를 기준으로 한 원소들의 상대적 질량비, 즉 원자량을 찾을 수 있게 되었다.
원자 질량 단위
원자 질량 단위(, , 기호: u, Da)는 원자나 분자 따위의 질량 표준 단위이다(원자 질량). 1 원자 질량 단위는 대략 핵자 하나의 질량이고 수치적으로 1 g/mol과 동등하다. 원자 질량 단위는 결합이 없고 핵과 전자가 바닥상태이며 정지질량일 때 ^{12}_{6}C의 원자 질량의 로 정의되며 그 값은 1.660 539 040(20) × 10 킬로그램 또는 약 1.66 욕토그램이다. 국제 도량형 위원회는 원자 질량 단위를 국제 단위계로 사용할 수 있는 비국제단위로 분류하였다.
근대 화학의 성립
돌턴의 원자설에는 원자가 차지하는 부피에 대한 개념이 포함되어 있지 않았다. 그 당시 돌턴의 원자설을 받아들였던 과학자 중 한 사람인 아보가드로는 돌턴의 원자설의 한계를 해결하기 위하여 고심하던 중에 한 세대 전 과학자인 보일의 법칙에 대한 논문을 접하였다. 이 논문에서 보일은 어떤 종류의 기체라도 압력과 부피의 곱은 일정하다고 주장했다. 이 주장으로부터 아보가드로는 ‘일정 부피를 취하면, 기체의 종류에 관계없이 기체의 압력은 동일할 것’이라고 여겼다. 돌턴은 기체의 압력을 같은 종류의 원자들의 수에 의해 결정된다고 보았다. 따라서 아보가드로는 ‘같은 부피 안에는 기체의 종류에 관계없이 동일한 수의 입자가 존재한다.’고 가정하였다. 아보가드로의 가설은 기본적으로 돌턴의 원자설에 그 토대를 두었다. 단지 원자설에는 포함되어 있지 않은 정보, 즉 원자가 차지하는 부피에 대한 고려를 첨가하려고 하였다. 그런데 돌턴의 원자설과 자신의 가설을 접목하는 과정에서 문제에 부딪히게 되었다. 즉, 기체 반응의 법칙에 부합하면서 같은 부피 안에 항상 같은 수의 입자가 존재하려면 돌턴의 원자가 반으로 쪼개져야 하는 것이다.
원자력
이렇게 안정한 상태의 원자핵에 중성자를 충돌시키면, 원자핵은 길쭉한 타원 형태로 변형이 일어난다. 그 결과 핵력과 전기력 사이의 균형이 깨지면서 원자핵은 비슷한 질량을 가진 두 개의 원자핵으로 쪼개진다. 이러한 현상을 '핵분열'이라고 한다. 핵분열은 대체로 우라늄같이 무거운 원소의 원자핵들에서 쉽게 일어나는데, 이러한 물질을 '방사성원소'라고 한다.
원자 궤도
원자 궤도는 공식적인 양자역학적 언어로 정확하게 정의 될 수 있다. 구체적으로는, 양자 역학에서, 원자의 상태, 즉 원자 해밀턴의 고유 상태는 일대일 대칭 함수의 반 대칭 된 생성물 (슬레이터 결정자)의 선형 조합으로의 확장 (구성 상호 작용 확장 및 기초 집합 참조)에 의해 근사화된다. 이러한 단일 전자 함수의 공간적인 요소를 원자 궤도라고 부른다. (그들의 스핀 성분을 고려할 때, 원자 회전 궤도에 대해서 이야기 이야기한다.) 임의의 상태는 실제로 모든 전자의 좌표의 함수이므로, 그것들의 움직임은 상관 관계가 있지만, 이것은 종종 단일 전자파 함수의 독립 입자 모델에 의해 근사된다. (예를 들어 런던의 분산력은 전자의 움직임의 상관 관계에 달려있다.)
탄소
그리고 물리학에서 탄소는 원자간의 상대 질량을 나타내는 기본 단위로서의 역할을 한다(12C, 즉 탄소 12를 12로 기준함. 이에 적용하면 수소 원자의 질량은 1이 됨).
원자론
이로 인하여 우리는 원자는 원소의 성질을 갖고 있는 원소의 가장 작은 기본 입자로 규정할 수 있다.
원자 궤도
핵 주변의 전자의 양자 역학적 특성 때문에 원자 궤도는 양자 수라고 알려진 정수로 고유하게 정의 될 수 있다. 이 양자 수는 특정 값의 조합에서만 발생하며 원자 궤도의 실제 또는 복합 버전이 사용되는지 여부에 따라 실제 해석이 변경된다.
사원소설
그는 고대 원자론을 확립, 거기서 충만과 진공(眞空)을 구별하였다. 충만은 무수한 원자로 이루어지고, 이들 원자는 모양·위치·크기와 같이 기하학적으로 구별된다고 했다. 그러나 이 원자론은 실험이나 관찰에 기초를 두지 않은 사고의 산물이었으므로 더 이상 발전하지 못하였고, 원자론자들의 무신론적 태도로 인해 원자론은 오랫동안 종교로부터 배척을 받았다.
원자
1803년 영국의 과학자 돌턴에 의해 원자는 더 이상 쪼갤 수 없고, 같은 종류의 원자는 크기와 질량이 같아 다른 원자로 변환, 소멸, 생성되지 않는다는 원자설을 제시하였다. 이때 돌턴이 제시한 원자모형은 딱딱한 공 모양이었다.
화학 물질
원소는 특정한 종류의 원자로 이루어진 화학 물질이므로 다른 원소와의 화학 반응으로 분리해 내거나 변경시킬 수 없다. 그러나 핵반응을 통하여서 다른 요소로 변형시킬 수 있다. 특정 원소 안의 모든 원자가 같은 수의 양성자를 갖고 있지만 다른 동위 원소에 다른 수의 중성자를 가지고 있을 수 있다. 120개의 원소가 알려져 있고 그 가운데 80개가 안정적이다.
화학
분자란 원자의 결합체 중 독립 입자로서 작용하는 단위체이다. 일정한 개수의 원자가 특정하게 정렬되어 서로 결합해 분자가 형성된다. 원자가 원소의 최소단위이듯, 분자는 화합물의 최소단위가 된다. 원자가 결합될 때 전자의 재배치가 일어나는데, 이는 화학에서의 중요한 관심사중 하나이다.
원자주의
데카르트 등은 "원자" 등이라는 개념을 채용했을 경우, 그것이 왜 불가분인가라는 물음에 답하는 것은 불가능이라고 판단해, 입자는 모두 분할 가능하다고 했다 (원자주의의 부정).
원자주의
16세기 이후, 화학이 진보해, 라보아제, 돌톤 등에 의해 물질의 구성요소로서 원소 개념이 제창되었다.
어니스트 러더퍼드
전자가 핵 주위의 분리된 궤도를 따라 움직인다는 새로운 원자 모형을 제시하였고 원자의 화학성을 결정하는 개념인 최외각전자를 제시하였으며, 오래된 양자이론의 기본 도구인 대응원리를 제시하였고 원자핵 모형을 제시하기도 하였으며 우라늄 방사성 동위원소를 확인하였고, 빛이 파동과 입자의 성질을 모두 있으면서 모두 없다는 사실을 설명하는 몇몇 모순된 특성으로 말미암아 어떤 현상이 개별로 분석 가능하게 되는 상보성원리를 제시하기도 했다.
원자 모형
원자 모형</b>은 원자를 쉽게 이해하기 위해 눈으로 볼 수 없는 원자를 개략적으로 나타낸 것이다.
원자핵
1803년 영국의 화학자 돌턴이 원자설을 제안한 후, 많은 과학자들이 원자의 구조에 대해 연구를 하였다. 그 과정에서 원자는 더 작은 입자로 구성되어 있다는 것을 알게 된다. 그 입자들이 전자, 양성자, 중성자 등이며, 그 중 양전하를 띠고 있는 입자가 양성자이다. 양성자는 소립자(쿼크)로 구성되어 있다.
원자 번호
1917년에 러더퍼드는 α 입자와 질소 기체 사이에서의 핵반응을 통해 수소 원자핵들을 생성하는 데 성공했고, 자신이 프라우트의 법칙을 증명했다고 생각했다. 1920년 그는 생성된 핵 입자들을 양성자라고 명명했다. (이전에는 프라우트의 이름을 딴 프라우톤(prouton)이나 원질이라 불렀다) 모즐리의 연구를 통해 무거운 원자들의 원자핵들이 수소 원자핵들로 만들어진 그 원소들로부터 예측되는 질량보다 2배는 더 된다는 것이 확실해졌고, 따라서 모든 무거운 원자핵에 존재하는 추가적으로 예상되는 양성자들이 어떻게 상쇄되었는지에 대한 대한 가설이 필요했다. 헬륨 원자핵은 두 전하를 상쇄하기 위해 4 개의 양성자와 2개의 핵 전자(핵 내부에 결합되어 있는 전자)로 구성되어 있다고 생각하였다. 주기율표의 반대쪽 끝에서 수소 질량의 197배인 금 원자핵은 118개의 핵 전자를 가짐으로서 +79의 전하를 가져 원자 번호와 일치한다고 보았다.
역학 (물리학)
이렇게 에너지의 전달을 설명하기 위해 시작된 양자 역학은 원자에 대한 연구가 진척됨에 따라 원자 이하의 물질들이 보이는 여러 현상을 설명하는 학문으로서 자리잡게 되었다. 1905년 아인슈타인은 광자가 양자화되어 있다는 것을 밝혔고, 1913년 닐스 보어는 수소의 방출 스펙트럼을 양자화된 전자의 에너지 준위로서 설명하였으며, 루이 드 브로이은 운동하는 물체역시 파동으로서 서술할 수 있다는 것을 밝히고 물질파를 도입하였다.
1927년 베르너 하이젠베르크는 불확정성 원리를 발표하였다. 운동하는 미시적 입자의 위치와 운동량을 동시에 측정할 수 없다는 불확정성 원리로 인해 원자 이하의 입자에 대한 관찰은 확률에 의할 수 밖에 없다는 것이 밝혀졌다. 원칙적으로 위치의 불확정성과 운동량의 불확정성의 곱은 플랑크 상수보다 작아질 수 없다. 이에 따라 에르빈 슈뢰딩거는 원자핵에 묶인 전자의 움직임을 입자로서 설명하는 것을 버리고, 파동으로서 설명하는 슈뢰딩거 방정식을 수립하였다. 슈뢰딩거 방정식은 하나의 전자가 원자핵 주변에서 점 또는 미소 공간에 존재할 확률을 제시한다. 닐스 보어는 관찰자가 어떠한 방식으로 실험을 하는 지에 따라 물체가 입자 또는 파동의 성질을 보일 수 있다는 상보성 원리로서 불확정성 원리를 설명하였다.
결정
결정(結晶, )이란 원자의 배열이 공간적으로 반복된 패턴을 가지는 물질이다. 액체를 냉각시키면 분자들의 운동이 느려지다가, 마침내 어떤 온도 이하에서는 분자들이 일정한 배열을 이루게 되고 자유로이 돌아다닐 수 없게 된다. 이런 분자(또는 원자)들의 규칙적인 배열의 결과로 평면들로 둘러싸인 모양을 가지게 된 균일한 물질을 결정이라고 한다.
원자 궤도
주어진 (수소와 같은) 원자 궤도는 고유한 3개의 양자 수 (n, ℓ, mℓ)로 식별된다. 양자 수의 값과 그 에너지 (아래 참조)를 제한하는 규칙은 원자와 주기율표의 전자 구성을 설명한다.
근대 화학의 성립
로버트 보일은 원자론을 바탕으로 새로운 원소 개념을 형성하였다. 그는 어떤 물질이 몇 개의 다른 물질로 분해된다면 그 물질은 참된 원소가 될 수 없다고 생각하였다. 이러한 그의 생각은 과거의 원소개념과는 매우 다른 것이었다. 또한, 보일은 화학의 진정한 역할은 물질의 성분과 그 조성을 알아내는 것이라고 강조하고, 화학을 의학과 같은 다른 분야와 분리하여 실험 과학으로 발전시키는 데 큰 공헌을 하였다.
공명
핵자기공명은 1964년에 발견된 이후 화학적, 의학적인 분야에 적용돼 왔다. 물질은 원자로 이루어져 있으며 원자는 핵과 전자들로 구성돼 있다.
원자들이 자기장 속에 있으면 회전하고 있는 전자 때문에 에너지차가 생기고 이에 비례하는 진동수가 결정된다.
물질에 전자기파가 들어와서 결정된 진동수와 공명이 일어나면 전자기파는 흡수된다. 즉 높은 에너지를 갖게되는 것이다.
이것을 핵자기공명이라고 한다. 물질 내의 수소 원자는 외부 자기장 뿐만 아니라 주변 원자의 자기장에 의해서도 영향받는다. 같은 종류의 핵이더라도 조금씩 다른 공명 주파수를 보인다. 따라서 공명 진동수를 연구해 물질 내의 여러 구조에 대해서 알 수 있다.
아원자 입자
아원자 입자(亞元子 粒子, subatomic particle)는 원자보다 작은 입자 혹은 원자를 구성하는 기본 입자를 말한다.
이온
단원자 이온은 원자가 가장 바깥쪽 껍질의 전자를 얻거나 잃을 때 형성된다. 안쪽의 껍질의 전자는 양전하를 띤 원자핵과 묶여있으며 화학반응에 관여하지 않는다. 이렇게 원자가 전자를 얻거나 잃는 과정을 이온화라고 한다. 원자는 또한 강한 방사선을 쬐는 것으로 이온화될 수 있다. 그러나 화학에서 일반적인 이온화는 원자나 분자가 사이에서 전자가 이동함으로써 일어난다. 이런 이동은 보통 안정된 전자 구성을 유지하려는 성질로 인해 일어난다. 예를 들면 나트륨원자 (기호: Na) 는 가장 바깥쪽 껍질에 전자 1개가 있다. 꽉찬 안쪽의 껍질들에는 10개의 전자가 있다. 10개의 전자로 이루어진 전자 구성은 매우 안정적이다. 이 때문에 나트륨은 가장 바깥쪽 껍질의 전자 1개를 잃고 양이온</b>이 되려는 경향이 있다. 양이온이 되는 과정은 이렇다.
원자 질량
상대 동위 원소 질량()는 원자 질량()가 원자 질량 단위()으로 표기될 때 같은 수치를 가진다는 점에서 유사하다. 두 개념의 유일한 차이점은 상대 동위원소 질량은 단위가 없는 순수한 숫자라는 것이다. 이러한 단위의 상실은 탄소-12 원자를 표준으로 하여 그 비율을 나타내었기 때문이다. 그리고 "상대 동위원소 질량"에서 "상대()"의 단어는 위의 ^{12}_{6}C 원자에 대한 상대 척도()를 나타낸다.
원자량
아보가드로의 법칙이 카니차로에 의해 받아들여지고, 이로부터 분자량을 구할 수 있다는 것이 확실해진 뒤에야 원자량의 측정도 분명한 근거를 갖게 되고 정확한 것이 되었다. 그리하여 원자량의 기준으로 산소를 16.000으로 하기로 하였다. 그러면 수소는 거의 1이 된다. 1913년 영국의 소디에 의해서 동위 원소의 개념이 분명해진 뒤, 같은 원소의 원자에도 무게가 다른 것이 있음이 명백해지자 원자량은 그 평균을 나타내는 것으로 되었다. 그리하여, 산소에도 무게(질량수)가 16, 17, 18인 것이 있음을 알게 되어, 무엇을 기준으로 삼는가가 재검토되었는데, 1962년 이후 질량수 12인 탄소 원자의 질량을 기준으로 삼게 되었다.
원질
원질을 바라보는 관점은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 우선 근세 자연과학에서 말하는 원질은 주로 양(量)화가 가능한 물질적인 개념을 일컫는다. 예를 들어 protyle은 옛날 화학에서 모든 원소의 근원 물질이라고 여겨졌던 것을 말한다. 하지만 철학적 가치론에서는 원질을 양화되지 않는 성질로 정의한다. 다시 말해 철학적인 관점에서는 원질이 사물이나 현상의 근원을 이루는 성질인, 원리의 개념으로 쓰일 수 있다. 이는 물질뿐만 아니라 동양 철학에서 말하는 이(理), 기(氣), 도(道)를 포함할 수 있는 개념이다.
원자론
과학 분야에서 원자론을 최초로 제기한 이는 18~19 세기의 영국의 화학자 존 돌턴으로 알려져 있다. 돌턴의 원자설은 '질량 보존의 법칙', '정비례의 법칙'을 설명하기위해 세워진 돌턴의 학설로서 오늘날의 원자론의 바탕이 된다.
근대 화학의 성립
아보가드로가 생각한 원소의 개념과 돌턴이 생각한 원소의 개념 간에는 많은 차이점이 있다. 아보가드로는 기체 원소를 두 개의 원자가 결합한 분자의 형태로 보았지만 돌턴은 기체 원소를 원자가 독립적으로 존재하는 형태로 보았다. 그러나 한 종류의 원자로 이루어진 물질이라는 생각은 동일했다. 오늘날의 시각으로 볼 때 비활성 기체인 네온이나 아르곤, 헬륨과 같은 기체 물질의 경우에 대해서는 돌턴의 생각이 옳았고, 수소, 산소, 질소와 같은 기체 물질의 경우에 대해서는 아보가드로의 견해가 타당한 것이었다.
원자 궤도
이 동작은 주기율표의 구조를 담당한다. 표는 여러 행 ( '주기')으로 나눌 수 있으며 맨 위에 1부터 번호가 매겨져 있다. 현재 알려진 원소는 7주기 까지 채워졌다. 특정 주기에 숫자 i가 있으면, 그것은 가장 바깥 쪽의 전자가 i 번째 껍질에 속하는 원소로 구성된다. 닐스 보어 (Niels Bohr)는 전자 에너지 준위의 주기적인 충진으로 원소의 성질에있는 주기성이 설명되어 원자의 전자 구조가 형성된다는 것을 처음으로 제안했다.
몰 (단위)
통상적으로 '입자'란 분자로 이루어진 물질의 경우 분자, 혹은 결정 따위의 경우 실험식의 단위 따위를 일컬으며, 때로는 전자, 광자 등의 수를 나타내기도 한다. 거시적 계의 입자수는 직접적으로 측정하기 어렵고, 또 측정하더라도 너무 크기 때문에, 편의상 몰이라는 새로운 측정량을 도입하였다. 
입자의 목록
원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있다. 각 핵의 종류에 따라 특정한 수의 양성자와 중성자를 가지며 이들의 갯수로 인해 고유한 성질을 가진다. 양성자와 중성자의 수에 따라 핵종이나 동위원소들로 분류된다. 한편 핵반응에 의해서 하나의 핵종이 다른 것으로 변할 수도 있다.
물질
19세기 말 조지프 존 톰슨이 전자를 발견하였고, 20세기 초에는 가이저-마스덴 실험을 통해 원자핵이 발견되었다. 입자물리학이 성립되자 원자는 전자, 중성자, 양성자로 구성되어 이들의 상호 작용에 의해 형성되었다는 것이 밝혀졌다. 오늘날에는 양성자와 중성자 역시 최소 단위의 입자가 아니며 이들은 쿼크로 나뉠 수 있다는 사실이 알려져있다. 현대 물리학은 쿼크와 렙톤이 물질을 이루는 기본입자라고 파악하고 있다.
이원자 분자
이원자 분자(二原子分子)는 같은 종류, 또는 다른 종류의 두 원자로 이뤄진 분자를 말한다. 수소(H), 산소(O), 질소((N)처럼 같은 종류의 원자로 이뤄진 경우는 동핵 분자라고 하고, 일산화 탄소(CO)나 염화 수소(HCl)처럼 다른 종류의 원자로 이뤄진 경우는 이핵 분자라고 한다.
원소 (화학)
발견되지 않았거나, 발견되었으나 논쟁 등의 이유로 아직 이름이 결정되지 않은 원소의 경우 원자 번호를 기준으로 체계적 원소 이름이 붙여진다. 예를 들어 원자 번호가 123인 원소는 각 자리에 해당하는 토막인 -un-, -bi-, -tr(i)-를 -ium에 붙여 unbitrium(Ubt, 운비트륨)이 된다.
원자핵
닐스 보어(1885~1962)는 러더퍼드가 설명한 원자모형으로는 설명이 불가능한 선 스펙트럼을 설명하기 위해 새로운 원자모형을 제시했다. 양파 껍질처럼 여러 겹으로 된 원자 모형이다. 전자껍질은 K껍질 L껍질 M껍질···으로 이어지는 데 다른 껍질로 전이 될 때 에너지를 내고 이러한 에너지의 차이로 인해 연속스펙트럼이 아닌 선 스펙트럼이 생긴다고 보어는 설명했다. 궤도모형의 정의는, 전자는 원자핵 주위의 특정한 에너지 준위를 가진 궤도상에서 원운동한다-이다. 하지만, 전자가 2개 이상인 다전자 원자의 선 스펙트럼에 대해 설명 불가하다는 한계점이 있었다.
핵폭발
모든 물질은 그 물질 고유 특성을 그대로 가진 최소단위인 원자 집합체이며, 원자는 각각 다른 특성을 가진 103종의 원소들 중 몇 개로 결합된 입자이다. 핵폭발의 원료로 쓰이는 우라늄, 플루토늄, 코발트는 원소의 한 종류이다. 핵폭발은 재래식 폭발과 달리 원자핵내의 반응에 따라 다른 원자핵이 생성되면서 발생하는 현상이다. 우라늄(U)의 원자핵에 가속된 중성자를 충돌시키면 분열하면서 높은 에너지와 더불어 감마선 등의 방사선과 평균 2개의 중성자가 방출된다. 이 2개의 중성자가 다시 다른 원자핵에 충돌하는 연쇄반응이 핵분열 반응이다. 히로시마에 사용된 핵연료는 우라늄(U)이고, 나카사끼에서는 플로토늄(PU)가 사용되었으며 둘 다 모두 순수한 핵분열탄으로 원자폭탄이다. 반면에 삼중수소와 중수소의 두 개의 원자핵이 모여 하나의 무거운 헬륨 원자핵을 만드는 핵융합을 이용한 것은 수소폭탄이다.
입자물리학
19세기 존 돌턴은 자신의 이론인 화학양론을 이용하여 자연의 요소 각각이 고유한 한 종류의 입자로 구성되어 있다는 결론을 내렸다. 돌턴과 그의 동시대인들은 자연은 기본 입자로 구성되어 있다고 믿었고 이 이름을 그리스어로 "나눌 수 없는"을 의미하는 'atomos'를 딴 'atoms'이라는 이름을 붙였다. 그러나, 이 세기 후반에 물리학자들은 사실 원자가 가장 작은 기본 입자가 아니며 더 작은 입자가 있다는 것을 발견했다. 20세기 초 핵물리학 및 양자역학의 절정에 달할 때 1939년 리제 마이트너가 오토 한의 실험에 기반을 두어 핵분열을 증명하고, 같은 해 한스 베테가 핵융합을 증명했다. 이 발견은 다른 원자로부터 한 원자를 만들어내는 산업을 활성화시켰고, 수익성은 없지만 크라에소포에아도 가능하다. 또한, 이같은 발견으로 핵무기 개발을 주도했다. 1950년대부터 60년대까지 충돌 실험으로 다양한 입자들이 발견되었다. 이것으로인해 입자 동물원이라는 용어가 붙었다. 이 용어는 1970년대 많은 수의 입자가 상대적으로 적은 기본 입자로 설명할 수 있는 표준 모형이 발견되면서 사용하지 않게 되었다.
원자 궤도
주요 양자 수 formula_2은 전자의 에너지를 나타내며 항상 양의 정수이다. 사실, 이것은 어떤 양의 정수든지 될 수 있지만, 아래에서 논의되는 이유 때문에 많은 수가 거의 발생하지 않는다. 각 원자는 일반적으로 formula_2의 각 값과 관련된 많은 궤도를 가지고 있다. 이 궤도는 때때로 전자 껍질이라고도 한다.
원자주의
그까지 반대파 쪽이 많았던 '어떠한 입자적인 단위'의 존재가 자연과학자에게 일반적으로 인정되게 된 것으로, 그것은 자연과학 분야에서 이론을 구축하기 위해서 사용할 수 있는 편리한 개념적 도구가 되었다.
상대적 실재
그렇기 때문에 상징으로서의 원자는 개별적이며 독립적으로 존재하는 원자의 관찰이 아니라 원자는 단지 관측 매질과 관련해서만 정의될 수 있다.
원자핵
원자가 존재하는 확률을 나타낸 표현한 오비탈로 나타내어져 있다. 이를 통해 확률을 나타내면 원자의 경계가 뚜렷하지 않고 구름 처럼 보이므로 전자구름 모형이라고 한다.
특정 위치에서 전자가 발견될 확률을 계산하여 확률분포를 표시하면 전자가 원자핵 주위에 구름처럼 퍼져있다.
현재로써는 원자핵이 중심에 있는 원자를 가장 잘 표현한 원자모형이라고 할 수 있다.
원자핵의 영문표기인 "Atomic nucleus" 는 원자를 뜻하는 Atom에 접미사 '-ic'을 붙여 'Atomic' (원자의, 원자에 관련된)과 견과류 (nut)를 뜻하는 라틴어 nux에서 파생되어 나온 nucleus (핵, 핵심)가 합쳐져 만들어진 단어이다. 1844년 마이클 패러데이가 '원자의 중심점'을 처음 표현하였다.
원자핵
원자량의 기준이 되는 1원자 질량 단위(amu= atomic mass unit의 약자)는 탄소의 동위 원소인 12C의 원자 1개의 질량의 1/12로서, 실제로는 1.6605655×10-24g이다. 따라서 어떤 원소의 원자량이란 이 질량을 1로 할 때 값이다.
기본 입자
더 이상 쪼갤 수 없는 궁극의 단위라는 뜻으로 볼 때에는 절대적인 기본 단위를 생각할 수 있겠지만, 과연 가장 기본이 되는 단위가 존재하는지는 확실하지 않다. 역사적으로 분자, 원자, 원자핵 등이 각각 기본 입자라고 생각했지만, 새로운 발견을 통해 이들이 더 작은 입자 조합하여 설명할 수 있는 구조를 가지고 있기 때문에 언제나 새로운 기본 입자가 제시되어 왔다.
원자 번호
각각의 원소는 중성 원자에 존재하는 전자의 수, 즉 Z (원자 번호)에 따라 특정한 화학적 특성을 가진다. 전자 배치는 양자역학의 원리를 따른다. 각 원소의 전자껍질에 있는 전자들, 그중에서도 가장 바깥 껍질에 있는 최외각전자의 수는 화학 결합을 결정하는 중요한 요인이다. 따라서 원소의 화학적 특성을 결정하는 것은 원자 번호 뿐이다. 그러한 이유로 원소는 동일한 원자 번호를 가지는 원자들의 집합으로 정의내릴 수 있다.
사원소설
돌턴은 1803년에 원소의 개념을 명확히 했으며, 원자설을 발표하였다. 그는 원자를 더 이상 쪼개질 수 없는 입자로 여겼고, 원자의 상대적 중량이 원소들의 특징을 결정한다고 생각했다. 따라서 물질들은 다른 종류의 원자(다른 질량을 지닌 기본 입자)로 구성되어 있다고 주장했다.
원자 반지름
원자 반지름은 원자핵에서 가장 바깥 궤도의 전자까지의 거리를 말한다.
초 (시간)
원자 시계가 발명된 이후 이를 이용해서 시간의 단위를 새롭게 정하게 되었다. 에너지 준위의 전이에 기초한 시간과 역표시 간의 관계를 정확히 측정하여 기준을 바꿨다. 1967년 제13차 CGPM의 회의에서 시간의 정의를 세슘-133 원자의 복사를 기준으로 한 표준으로 바꾸었다. 1997년에는 절대 온도 기준을 추가하여 현재의 정의가 되었다. 2004년에 열린 제16차 시간주파수 자문위원회(CCTF)에서는 시간의 단위인 초의 정의로서 세슘 원자 외에 루비듐 원자를 이용할 수 있다는 권고안이 채택되었다. 세슘원자의 바닥상태에 있는 두 개의 초미세 에너지준위 사이의 주파수는 정의된 것이기 때문에 불확도가 0이었으나 세슘원자를 레이저 냉각 및 포획하여 원자분수(atomic fountain)를 만들면 원자들 사이 충돌에 의해 원자의 고유진동수가 변할 수 있기 때문에 충돌에 의한 주파수 변화가 세슘보다 적은 루비듐 원자가 초의 2차적 표현으로 적합한 원자라는 결론이 내려졌다.
중성자
1920년대 물리학자들은 원자핵이 양성자와 전자로 이루어졌다는 모델을 받아들이고 있었다.[7][8] 원자핵이 모두 양성자로만 이루어졌다고 가정했을 때 실제 원자는 그 반의 전하만 띠고 있다. 이는 "핵전자"의 존재로 설명되었는데 이 "핵전자"는 양성자의 전하를 상쇄시킨다. 14의 질소는 14개의 양성자와 7개의 전자로 이루어져 있으며 따라서 +7의 전하와 14의 원자량을 가진다고 생각했다(이는 현대에 와서 잘못된 모델로 판명된다).
원자력
원자력(原子力, )이란 방사성원소의 원자핵 붕괴(방사선 붕괴 포함) 또는 원자핵의 질량 변화에 의해 방출되는 에너지를 동력자원으로 활용하는 경우를 말하며, 일반적으로 핵분열과 핵융합 과정을 통해 에너지를 생산하는 방식이 알려져 있다. 핵에너지라고도 한다.
원자력이 처음 규명된 이후 군사(핵무기), 의학(방사선 치료기), 발전(전기 생산), 가속기(과학적 연구), 산업(비파괴 검사) 등 다양한 분야에서 이용되고 있으며, 그 중에서도 가장 널리 이용되고 있는 분야가 발전이다.
원자핵
영국의 물리학자 조지프 존 톰슨(1856~1940)은 1897년 새로운 원자모형을 발표했다. 음극선 실험을 통해 -전하를 띄고 있는 원자 안의 입자를 발견했다. 그 당시 까지만 해도 원자는 더 이상 쪼갤 수 없는 마지막 입자라고 생각 되었지만 톰슨의 발견으로 원자는 다른 물질로 쪼개질 수 있으며 전자가 존재 함을 밝혀냈다. 톰슨은 이를 근거로 양전하를 띠는 원자안에 전자가 박혀 있는 푸딩 모형을 주장했다. 음극선 실험을 통해 음극선은; 1.질량을 가진다, 2.음극선은 직진한다, 3.음극선은 -극 을 띤다라는 3가지 사실을 알았고 이 음극선이 전자라는 것을 밝혔다. 푸딩모형- +전하가 고르게 분포되어 있는 원자 속에 -전하를 띤 전하가 듬성 듬성 박힌 원자모형이다. 단점을 꼽자면, 러더퍼드의 알파 입자 산란실험에 대해서는 설명 불가하다는 점이다. 양성자의 발견한 사람은 골드슈타인으로, 골드슈타인은 진공방전관에 소량의 수소 기체를 넣고 높은 전압을 걸때 -극으로 이동하는 입자의 흐름을 발견하고 이를 양극선이라고 하였다. 러더퍼드는 양극선이 +전하의 흐름임을 발견하고 이를 양성자라고 이름 붙였다. 시간이 흘러 제임스 채드윅은 1932년 중성자를 발견하였다. 알파입자를 베릴륨 원자핵에 충돌시켰을때 전하를 띠지않는 입자의 방출을 관찰한 채드윅은 이를 중성자라고 이름 붙였고 이를 통해 헬륨 원자핵의 질량을 설명할 수 있게 되었다. 이전까지는 양성자만 발견되어 헬륨 원자핵의 질량을 설명할 수 없었다.
톰슨의 제자였던 어니스트 러더퍼드(1871~1937)는 알파입자 He2+산란 실험으로 원자핵을 발견했다. 알파 입자를 얇은 금박에 충돌시키면 대부분의 알파 입자를 통과하나 극히 일부의 알파 입자가 튕겨져 나오는 것을 발견하였다. 알파 입자 산란 실험을 통해 러더퍼드는 원자의 중심에 원자의 질량 대부분을 차지하는 +전하를 띠는 물질을 발견했고 이를 원자핵이라고 불렀다. 그리고 이를 근거로 원자핵 중심에 톰슨이 발견한 전자가 돌고 있는 행성 모형을 주장했다. 행성모형은 부피가 작고 밀도가 큰 +원자핵이 중심에 있고, 그 주위를 -전하를 띠는 전자가 돌고 있다는 개념이다. 즉, 원자핵의 질량을 최초로 밝혀낸 원자모형이라고 말할수 있다. 하지만 원자의 안정성과 수소원자의 선 스펙트럼에 대해 설명하기에 한계점이 있었다.
삼원자 분자
삼원자 분자(三原子分子)는 같은 종류, 또는 다른 종류의 세 원자로 이뤄진 분자를 말한다.
양자 (에너지)
양자(量子, , )는 물리학에서 상호작용과 관련된 모든 물리적 독립체의 최소단위이다. 이 개념의 기저에는 물리적 성질의 기본요소가 "양자화"되어 있다는 생각이 깔려 있으며, 그 생각을 "양자화 가설"이라 한다. 말인즉슨 물리적 성질의 크기가 특정 이산(離散)값으로만 정해질 수 있다는 것이다.
제1정규형
허그 다윈과 크리스토퍼 J. 데이트는 에드거 F. 커드의 "원자성을 갖는 값"의 정의가 모호하며, 이런 모호성이 1NF를 이해하는데 크게 방해된다고 제안하였다. "값이 나뉘지 않아야 한다"라는 정의에 해당하는 데이터형이 아래와 같은 이유로 거의 존재하지 않기 때문에 문제가 많다:크리스토퍼 J. 데이트는 "원자성이란 "절대적인 정의가 없다"": 고 하였다. 값은 목적에 따라서 원자성을 가질 수 도 있으며, 다른 목적을 위해서 나뉠 수도 있다. 이런 의견을 받아들이면 1NF의 정의에 원자성은 관련이 없어진다. 임의의 편한 자료형(문자열, 숫자형, 배열, 테이블 등)으로 정의된 행이라도 1NF 테이블일 수 있지만, 항상 그런 것은 아니다(예를 들어서, 고객 이름을 성과 이름으로 나누어야 할 때가 있다.) 크리스토퍼 J. 데이트는 심지어 관계 값을 갖는 속성, 즉 항목 안에 테이블이 있는 경우도 드문 경우에 유용하다고 하였다.
다원론
레우키포스는 운동을 인정하고, 그 귀결점을 충실한 것과 공허한 것으로 돌렸다. 충실이란 원자(아토몬, atomon=불가분)를 가리키며, 있는 것은 오로지 충실한 것이다. 수는 한 개가 아니고 무한(無限)인데 그 뭉쳐 있는 것이 작기 때문에 보이지 않는 것 뿐이나 이 원자나 운동도 공허가 없으면 있을 수가 없다고 하였다. 데모크리토스는 요소(要素)를 원자(atoma)와 공허(空虛=kenon)라 하였으며, 원자는 형태와 배열 그리고 위치의 차이로 달라지며, 그 원자는 공허 속에서 운동한다고 하였다. 원자와 원자가 합하면 생성이 되고 그들이 분리하면 소멸되며 또한 그들이 접촉되면 작용한다고 주장하였다. 그렇다고 하면 원자에 있어서 최초의 운동은 어떻게 하여 일어날 것인가. 이것이 원자론에 남겨진 과제였다. 그 과제를 둘러싸고 에피쿠로스(Epicouros)와 루크레티우스(Lucretius)가 나오게 되었다.
원자 궤도
1909 년에 러더퍼드는 원자 질량의 대부분이 원자핵에 단단히 밀집되어 있음을 발견했으며, 이는 또한 양전하를 띤 것으로 밝혀졌다. 건포도 푸딩 모델은 원자 구조를 설명 할 수 없다는 것이 1911 년의 그의 분석에서 분명해졌다. 러더퍼드 대학의 박사 과정 학생이었던 닐스보어는 1913 년에 원자의 새로운 모델을 제안했는데 전자는 고전적인 주기로 핵의 궤도를 돌지만 각운동량의 값을 h / 2π로 양자화 할 수 있었다. 이 제약 조건은 전자가 특정한 값의 에너지만을 가질 수 있도록 허용했다. 원자의 보어 (Bohr) 모델은 기저 상태에서 (아래에 상태가 없다고 선언함으로써)방사선으로 인한 에너지 손실 문제를 해결했으며, 더 중요한 것은 스펙트럼 선의 기원을 설명했다.
원자
원자핵은 양성자와 중성자가 강한 상호작용으로 결합해 있다. 이들 양성자와 중성자의 개수에 따라 원자를 주기율표로 분류할 수 있으며 화학적인 성질이 결정된다. 이 결합을 바꾸면 아주 강한 힘이 나온다.
원자 궤도
원자 물리학에서 원자 스펙트럼 선은 원자의 양자 상태 사이의 전이 (양자 도약)에 해당합니다. 이 상태는 용어 기호로 요약 된 양자 수 세트로 표시되며 일반적으로 특정 전자 배열, 즉 원자 궤도의 점유 상태에 연관된다. (예 : 네온 용어 기호 S의 바닥 상태는 1s 2s 2p이다.)
원자 번호
화학 원소의 원자 번호(原子番號, , "Z")는 원자핵 속에 있는 양성자의 수 또는 원자핵의 전하수이다. 원자 번호는 원소를 구별하는 기준이다. 전하를 띠지 않는 원자의 원자 번호는 그 원자가 가진 전자의 수와 일치한다.
원자 번호
원자 번호 "Z"가 같지만 중성자수 "N" 이 다른, 즉 원자 질량이 다른 원자들을 동위원소라고 한다. 적어도 4분의 3 이상의 천연 원소들이 동위원소의 혼합물로 존재하며(단일동위원소 참고), 평균 원자량은 원소의 표준 원자량으로 정의됐다. 역사적으로 이는 19세기 화학자들이 측정할 수 있었던 원소(수소와 비교해서)의 원자량이었다.
다원주의 학파
레우키포스는 운동을 인정하고, 그 귀결점을 충실한 것과 공허한 것으로 돌렸다. 충실이란 원자(아토몬, atomon=불가분)를 가리키며, 있는 것은 오로지 충실한 것이다. 수는 한 개가 아니고 무한(無限)인데 그 뭉쳐 있는 것이 작기 때문에 보이지 않는 것 뿐이나 이 원자나 운동도 공허가 없으면 있을 수가 없다고 하였다. 데모크리토스는 요소(要素)를 원자(atoma)와 공허(空虛=kenon)라 하였으며, 원자는 형태와 배열 그리고 위치의 차이로 달라지며, 그 원자는 공허 속에서 운동한다고 하였다. 원자와 원자가 합하면 생성이 되고 그들이 분리하면 소멸되며 또한 그들이 접촉되면 작용한다고 주장하였다. 그렇다고 하면 원자에 있어서 최초의 운동은 어떻게 하여 일어날 것인가. 이것이 원자론에 남겨진 과제였다. 그 과제를 둘러싸고 에피쿠로스(Epicouros)와 루크레티우스(Lucretius)가 나오게 되었다.
사원소설
이러한 세 가지 원소는 각각 빛의 생성, 전달, 반사의 기능을 가지게 되며, 데카르트는 그의 저서 «굴절광학»에서 이것을 이용하여 빛의 기본적인 특성인 직진, 반사, 굴절을 설명하였다. 데카르트는 이러한 분석에서 더 나아가 오늘날 스넬의 법칙으로 알려진, 굴절의 사인법칙을 기하학적으로 입증하기도 했다.
최초로 원자의 개념이 언급된 고대 데모크리토스의 주장은 동시대의 플라톤과 아리스토텔레스의 주장에 묻혀 빛을 보지 못했으나 17세기 과학혁명과 더불어 되살아났다. 이후 기계론적 물질관이 대두되어 원자론에 대해 활발한 연구가 진행되었다.
원자 궤도
오비탈(파동함수, 원자궤도함수)이란 무엇인가? 파동함수는 그 자체로 어떠한 의미를 가지는 것은 아니나 파동함수의 제곱값은 확률이라는 특정한 의미를 가진다. 즉, 파동함수의 제곱값은 특정한 점 근처에서 전자가 발견될 확률이다.또, 파동함수의 제곱을 이용하여 두 점에서 전자가 발견될 확률의 비 역시 구할 수 있다.두 지점에서 파동함수의 제곱의 비 역시 전자가 어느 위치에 존재 할 것인지, 두 점 사이를 어떻게 이동하는지에 대한 정보는 알려주지 않고 오로지 확률만을 알려준다. 전자의 위치와 운동량은 알려주지 않는 이러한 애매한 상태는 하이젠베르크의 불확정성의 원리와 일치한다.
원자 질량 단위
1961년 전에는 물리에서의 amu가 산소-16 원자의 로 정의되고, 화학에서는 평균적 산소 원자의 로 정의되었다. 두 단위 모두 현재의 원자량단위보다 작다. 물리학에서는 1960년, 화학에서는 1961년 현재의 단위를 도입했다.
근대 화학의 성립
라부아지에는 원소를 ‘실험적으로 더 이상 분해할 수 없는 물질’로 규정하였는데, 돌턴은 원소가 더 이상 분해될 수 없는 이유는 바로 같은 종류의 원자들로 이루어져 있기 때문으로 보았다. 마치 사과 더미에서 사과를 나누어도 항상 사과이듯이 원소를 분해하여도 늘 같은 물질인 이유를 동일한 원자들의 모임으로 설명하였던 것이다. 돌턴은 원소라는 물질을 입자인 원자의 개념으로 설명한 최초의 과학자였다.
길이
N.H.D. 보어의 원자이론에서 설정한 전자궤도의 기본 반지름이다. 수소원자의 전자가 가지는 최소에너지에 해당하는 반지름으로 원자크기의 기준이 된다.
원자물리학
원자 물리학은 선 스펙트럼의 발견과 프라운호퍼에 의해 잘 알려진 이 현상을 설명하기 위한 시도에서 시작되었다. 이 선의 연구 도중 보어 원자 모형과 양자 역학이 탄생을 했다. 원자 스펙트럼을 설명하기 위한 시도에서 물질의 완전히 새로운 수학적 모델이 나타나게 되었다. 원자와 전자껍질이 고려되는 한 이것은 더 나은 전체적인 설명을 할 뿐만 아니라 또한 새로운 이론적 기반을 제공했다.
논리철학 논고
명제(판단의 내용을 이루는 것으로, 문장·언어에 의해 표현되는 것)의 논리적 구조와 논리적 추리의 성질에 대한 연구부터 시작되며, 이어 지식론, 물리학의 제 원리, 윤리학의 차례로 다루고 끝으로 종교 문제를 논한다. 세계를 구성하는 개개의 원자적(요소적) 사실은 판단(명제)에 의해 '모사(模寫)'된다. 꽃이 아름답다는 사실이 '꽃은 아름답다'는 판단으로 모사되고 여기서 '꽃' '은' '아름답다' 등의 여러 개념이 형성된다. 개념이 먼저 있고 이것이 결합되어 판단이 성립하는 것은 아니다. 원자적 사실의 모사인 판단의 내용(명제)은 상호 독립된 원자적 명제이며, 이것이 '논리적 원자'가 된다. 원자적 사실이 모두 바르게 모사되고 원자적 명제로서 파악되면, 이러한 논리적 원자를 구성함으로써 세계는 완전히 인식된다. 그런데 명제(命題)는 언어에 의해서 객관화되는 것이므로 세계의 인식은 바로 언어의 조작, 곧 언어의 논리적 분석인 것이다. 따라서 세계를 바르게 인식하기 위해서는 "말할 수 없는 것에 대해서는 침묵해야 한다"고 비트겐슈타인은 말한다.
현대 화학
이후 분자의 정의는 공유 결합을 한 물질에만 국한하여 적용하게 되었다. 왜냐하면, 이온 결합이나 금속 결합은 일정한 수가 결합하는 것이 아니어서 기본 단위에 대한 개념을 가질 수 없었기 때문이다. 이 때문에 소금과 같은 이온 결합 물질에는 분자식을 쓰지 않고 실험식으로 간단히 조성비(NaCl)만을 표현하며, 철과 같은 금속 결합 물질은 원소 기호(Fe)로 표현한다. 다이아몬드와 같은 물질은 비록 공유 결합을 하지만, 몇 개의 원자가 결합하는지 알 수 없기 때문에 C로 표현하며, 이 역시 분자에 속하지 아니한다.
원자
원자는 원자핵 주변에 전자가 존재하는 구조를 가지는데, 이 구조에 대해 많은 과학자들이 가설을 세우고 주장하였다.
원자
양성자는 atom number이고 중성자는 atom mass-atom number이다.
원자물리학
원자 물리학으로의 가장 빠른 단계 중 하나는 물질들이 원소 의 기본 단위의 현대적 의미인 ‘’원자‘’ 들로 이루어져 있다는 인식이다. 이 이론은 영국의 화학자 이자 물리학자인 존 돌턴 에 의해서 발전되었다. 18세기에. 이 단계에서, 성질에 의해서 원자가 설명되고 주기율표에서 분류될 수 있음에도 불구하고 원자가 무엇인지는 명확하지 않았다
원자
1897년 영국의 과학자 조지프 존 톰슨은 양극에서 음극으로 음극선을 쏘면서 진행경로에 장애물을 놓거나 전기장과 자기장을 걸어주는 음극선 실험을 수행하였다. 이 실험결과로부터 음극선은 질량이 있고 직진을 하며 전기적으로 (-)전하를 가지는 입자임을 알아냈고, 이를 전자라 명하였다. 이 실험을 바탕으로 1907년에 톰슨은 양전하를 가지는 물체에 음전하를 가지는 전자가 빵 속의 건포도처럼 박혀있는 원자모형을 제시한다. 전자의 발견은 돌턴의 원자 모형에서 전기적으로 양성을 띤 부분과 전기적으로 음성을 띤 부분을 구별했다는 점에서 의의가 있다.
상 (물리학)
위에서는 소금이 아주 작은 입자로 구성되어 있다고 하고 물질의 변화를 생각해 보았는데, 일반적으로 물질은 어떻게 구성되어 있는지 알아보자. 물질을 구성하고 있는 입자에는 원자·분자·이온 등이 있다.원자는 처음에는 물질을 구성하는 가장 작은 입자로 생각되었지만, 현재 원자는 그보다 작은 기본입자라고 불리는 여러 가지 입자로 구성되어 있다는 것이 알려져 있다. 이온은 원자가 (＋)나 (－)의 전기를 띤 것이다. 분자는 기체에서 흔히 볼 수 있듯이, 2개 이상의 원자가 결합하여 한 쌍이 되어 행동하는 것을 말한다.
탄소-12
탄소-12는 원자 질량의 기준이 된다. 이는 1961년에 탄소-12 원자 1개 질량의 1/12를 원자 질량 단위로 하는 정의가 채택된 것이 시초이며, 현재까지 사용되고 있다. 이전까지는 산소를 이용하여 원자 질량을 정의하였으나, 물리학자들이 산소-16만을 고려한 원자 질량 단위를 사용한 반면 화학자들은 모든 산소 동위 원소의 비율을 고려한 원자 질량 단위를 사용하면서 미세한 오차가 발생하였기 때문이다. 이 정의에 따라 탄소-12의 원자 질량은 정확히 12가 되며, 이와 비교한 다른 원자들의 상대적 질량값을 원자량으로 정하게 된다.
화학
원소(element)는 일반적인 화학적, 물리학적 방법으로는 분해되지 않는 물질을 의미한다. 원소는 원자핵에 존재하는 양성자 수로 정의되는 원자 번호로 구별된다. 산소, 황, 주석, 철 등은 원소이다. 19세기 중엽까지 약 80가지의 원소가 발견되었는데, 이들은 주기율에 따라 배열될 수 있다.
원자 궤도
원자의 각 궤도는 전자의 에너지, 각운동량 및 각운동량 벡터 성분 (자기 양자 수)에 각각 해당하는 3 개의 양자 수 n, ℓ 및 m의 고유 한 값 집합으로 특징 지어진다. 각각의 오비탈은 최대 2 개의 전자에 의해 점유 될 수 있으며, 각 전자는 자체 스핀 양자 수를 갖는다. 단순 궤도 s 궤도, p 궤도, d 궤도 및 f 궤도 는 각 운동량 양자수가 ℓ = 0, 1, 2 및 3 인 궤도를 나타낸다. n과 함께 쓰이는 이러한 이름들은 원자의 전자 배치를 서술하기 위해 사용된다. 그러한 전자배치는 초기 분광학자들에 의의 행해진 알칼리 금속 분광선에 대한 일련의 묘사(sharp, principal, diffuse, fundamental)에서 얻어졌다. l>3인 오비탈들은 j를 생략한 알파벳 순서(g, h, i, k, ...l대로 이어지는데, 일부 언어들이 i와 j를 구분하지 않기 때문이다.
원자 궤도
1920년에는 이미 정류파에 대한 물리적 원리들이 잘 알려진 상태였다. 슈뢰딩거는 초기에 는 자신의 이론이 타당한지 확신을 가지지 못하였지만 수소를 포함한 다른 원자들의 실험 결과가 자신이 주장한 원자모양을 가지고 수학적으로 계산이 가능하였음을 입증하였다. 그가 원자모형을 계산한 방정식을 ‘슈뢰딩거 방정식’이라고 부르며, 그 형태는 다음과 같다.여기서 ψ는 파동함수, 즉 삼차원공간 x,y,z축 에 대한 전자의 위치를 좌표로 나타낸 함수를 의미한다. Ĥ는 연산자인데 이는 수학적인 지시 사항으로 연산자의 수식항들을 파동함수에 대입하면 원자의 전체 에너지를 구할 수 있다. 그리고 E는 원자의 전체에너지(전자와 양성자의 인력에 의한 위치에너지 + 전자의 운동에너지)로 이 방정식을 풀면 여러 개의 해를 얻게 된다. 여기서의 파동함수 ψ를 궤도함수(오비탈)이라고 부른다.
원자 모형
1923년에 루이 드브로이는 모든 움직이는 입자(특히 전자와 같은 아원자 입자) 는 파동과 같은 성질을 띤다는 것을 제안했다. 에르빈 슈뢰딩거는 이 아이디어에 매료되어 움직이는 전자의 성질을 파동으로 설명해보려 시도했다. 1926년에 발표된 슈뢰딩거 방정식은 전자를 점 입자가 아니라 파동함수로 기술한다. 그리고 그것은 보어 모델이 설명하지 못했던 많은 스펙트럼 현상을 훌륭하게 설명하였다. 비록 이 개념은 수학적으로 편리하지만 가시화하기 어려웠고 반대에 부딪혔다. 그 비판자 중의 한 사람인 막스 보른은 슈뢰딩거 방정식을 전자를 기술하는 것이 아니라 전자의 가능한 상태로 가정하여 핵 주위 주어진 위치 주변에서 전자를 찾을 확률을 계산하는 데 이용하였다.
원자주의
고대 그리스에서는, 우선 물체는 한없이 분할될 수 있는 구성요소 '스페르마타'보다 완성되었다고 상정한 이오니아 학파의 아나크사고라스가 논의에 착수했다. 이에 대해서 사제 관계에 있는 레우키포스, 데모크리토스, 에피쿠로스들의 일파가, 불가분의 입자인 원자가 물질을 구성하는 최소단위이라는 원자주의을 주창했다.
핵종
핵종(核種, nuclide)은 원자핵을 이루는 양성자 수 Z, 중성자 수 N 및 그 에너지 상태로 구분되는 원자 또는 원자핵의 종류이다.
탄소
탄소(炭素←, )는 비금속인 화학 원소로, 기호는 C(←)이고 원자번호는 6이다. 원자가 전자는 4개이다. 존재하는 동위 원소는 총 3개로, C와 C는 안정적인 동위 원소지만 C는 반감기가 약 5730년인 방사성 동위 원소이다.[1] 탄소는 아주 오래 전에 존재가 밝혀진 원소들 중 하나이다.[2]
원소 (화학)
근대에 와서 영국의 과학자 돌턴이 원으로 된 원소기호를 고안하였고, 그 뒤 베르셀리우스가 오늘날 쓰이는 기호를 처음 제안하였다. 다음은 베르셀리우스의 원소 이름 붙이기 규칙이다.
핵
핵(核)은 어떤 것의 중심을 말한다.
원자 번호
원자의 질량수 "A"는 원자 번호 "Z"와 중성자수 "N"의 합이다. 전자의 질량은 충분히 무시할 만하고, 양성자와 중성자는 거의 같은 질량을 가지고 핵자 결합의 질량 결손은 항상 핵자 질량보다 작기 때문에, 상대적인 동위원소 질량을 결정하는 원자 질량 단위로 나타내면 원자 질량은 전체 질량수 A의 1% 이내이다.
원리
원리(原理, principle)는 행동과 평가를 인도하는 개념이나 가치이다. 법칙 가운데에서도 가장 근본적인 것을 뜻한다.
흔히 법칙원칙과 거의 비슷한 뜻으로 쓰이나 원래는 모든 것의 근원이라는 의미를 가지고 있었다.
원자 (순서론)
거꾸로 최대 원소 formula_21을 가진 부분 순서 집합에 대해서는 공원자(原子coatom)라는 개념 및 이에 따른 집합 개념들을 정의할 수 있다. 즉, 부분 순서 집합 formula_1의 공원자는 반대 순서 집합 formula_23의 원자이다. 마찬가지로, 공원자 집합() · 상대적 공원자 집합() · 공원자성 집합()은 그 반대 순서 집합이 원자 집합 · 상대적 원자 집합 · 원자성 집합인 부분 순서 집합이다.
원소 (화학)
원소는 물질을 이루는 기본적인 구성요소로, 이를테면 포도당(CHO)은 물질의 기본적 구성요소인 탄소(C), 수소(H), 산소(O)의 3가지의 원소로 이루어져있다. 특히 탄소는 현대문명의 근원이기도 하다.
또한, 메탄(CH)은 탄소(C)와 수소(H)의 2개의 원소로 구성된다.
원자 질량
원자 질량은 한번에 하나의 동위원소 또는 핵종의 원자의 질량으로 정의되며 존재도에 대한 가중 평균치가 아니다. 그러므로 화학 원소의 동위 원소나 핵종의 원자 질량 또는 상대 동위 원소 질량은 매우 정밀하게 측정할 수 있는 숫자이다. 그러한 핵종의 모든 시료들은 다른 시료들과 정확하게 동일할 것으로 예상되고 같은 에너지 준위의 모든 원자들의 핵종에 대한 모든 시료들 또한 다른 시료들과 정확히 동일할 것으로 예상되기 때문이다. 예를 들어, 산소-16의 모든 원자들은 다른 모든 ^{16}_{8}O의 원자들과 정확히 동일한 원자 질량을 가질 것으로 예상된다.
사원소설
그가 주장한 원자설에 따르면 모든 원소는 원자라고 부르는 작은 입자로 되어 있고 그 이상은 작게 나누어지는 일이 없으므로, 항상 서로 간단한 정수비를 이루며 결합한다. 이것이 근대 원자론의 시작이다.
- 톰슨의 음극선 실험 : 톰슨은 음극선이 전기장과 자기장에 의해 휘어지는 방향을 조사한 결과를 토대로 음극선이 음의 전하를 띤 입자들의 흐름일 것이라고 가정한 후, 전하를 띤 입자와 전기장 사이에 작용하는 힘을 이용하여 음극선의 정체, 전자의 존재를 밝혀냈다.
원자 질량
원자 질량 또는 상대 동위원소 질량은 단일 입자의 질량이며 근본적으로 원자량(, ), 표준 원자량("A", )와는 다르다. 둘 다 원소 표본에 대한 자연 상태 원자의 수학적 평균치이며 1 u 로 나누었기 때문에 무차원 수이다. 대부분의 원소들은 하나 이상의 안정된 핵종(,)을 가진다. 원소들의 각 핵종들이 다른 질량을 가지기 때문에 이 원소들에 대한 평균치는 원소에 존재하는 서로 다른 핵종들의 혼합비에 의존한다. 샘플의 공급원에 따라 이 값은 어느 정도 제한(표준 원자량이라고 하는 값을 설정)된다. 대조적으로 원자 질량은 각각의 입자 종과 관계가 있다. 같은 종류의 원자들은 동일하기 때문에 원자 질량 수치는 변화가 전혀 없을 것이다. 그러므로 원자 질량 수치는 보통 원자량보다 더 많은 유효숫자(, )를 포함한다. 표준 원자량은 각 원소의 동위 원소(, )들의 존재비(, )에 대한 원자 질량과 관계가 있고, 대개 존재비가 가장 큰 동위 원소의 원자 질량과 거의 같은 값이다.
이종핵 분자
이종핵 분자(heteronuclear molecule)는 구성하는 원소가 여럿인 분자를 말한다. 다시말해 유한한 분자를 가진 화합물이다.
근대 화학의 성립
라부아지에는 실험을 통해 로버트 보일이 주장했던 원소의 개념을 보다 명확히 하여 ‘원소란 현재까지의 어떤 수단으로도 분해할 수 없는 물질’로 정의하였다. 따라서 원소는 잠정적인 상황일 수 있으며, 분해 기술이 발달하게 되면 화합물로 밝혀질 수도 있는 여지를 갖고 있었던 것이다. 라부아지에은 약 33종을 원소로 보았는데, 그 중에는 당시의 실험 수준으로는 분해할 수 없었던 산화물도 포함되어 있었다. 라부아지에가 주장한 원소는 과거 그리스 시대부터 내려왔던 원소와 매우 다르다. 그가 생각했던 원소는 추상적인 개념이 아니라 ‘화학 분석에 의해 도달할 수 있는 실체’였다.
양자역학
양자역학이라는 새 이론은 원자와 관련된 거의 모든 것을 설명할 수 있는 탁월한 이론이었다. 학자들은 이 이론을 토대로 점점 더 많은 문제들을 풀어나갔다. 하지만 또 한편으로 이 새로운 이론은 ‘우리가 안다는 것은 도대체 무엇인가’라는 아주 근본적이고 철학적인 문제를 새로 꺼내기 시작했다.
‘불확정성의 원리’를 발표한 하이젠베르크. 