중2 과학/물질을 구성하는 입자/원자의 모형/원자의 구조/원자의 크기

고대 그리스의 데모크리토스(Democritos: B.C.460~?B.C.370)는 물질을 계속 쪼개면 더 이상 쪼갤 수 없는 입자인 원자에 도달할 것이라고 생각하였다. 하지만 데모크리토스의 생각은 물질은 연속적으로 되어 있으며 무한히 쪼갤 수 있다는 아리스토텔레스의 주장에 밀려 오랫동안 인정받지 못하였다. 물질은 입자로 이루어져 있을까, 아니면 연속적으로 되어 있을까?공기가 들어 있는 주사기의 피스톤을 누르면 주사기 속 공기의 부피가 줄어든다. 이것이 의미하는 것은 무엇일까?

17세기 영국의 과학자 보일은 J자관과 수은으로 이와 비슷한 실험을 하였다. 보일은 J자관 속에 수은을 넣을수록 J자관 속 공기의 부피가 줄어든다는 사실을 발견하였다. 보일은 이러한 현상을 설명하기 위해“공기는 입자와 그 입자가 운동할 수 있는 빈 공간으로 이루어져 있다.”고 주장하였다.

이처럼 보일이 물질은 입자로 되어 있다고 주장하는 과정에서 물질이 원자로 되어 있다는 데모크리토스의 주장이 다시 주목받게 되었다. 19세기 영국의 과학자 돌턴(Dalton, J.; 1766~1844)은 여러 가지 실험 사실을 설명하기 위해 물질의 가장 작은 입자인 원자의 존재를 가정하였다. 돌턴은‘모든 물질은 더 이상 쪼개지지 않는 입자, 즉 원자로 이루어져 있다.’는 원자설을 제안하였다. 돌턴이 제안한 원자설의 내용은 다음과 같다.

원자의 존재는 실험으로 증명하는 것이 불가능하였으므로 그 당시 대부분의 과학자들은 돌턴의 원자설을 받아들이지 않았다. 그러나 돌턴의 원자설로 많은 실험 현상이 설명되면서 돌턴의 원자설은 차츰 받아들여지게 되었다.

현재는 특수한 현미경을 이용하여 원자를 관찰할 수 있게 됨으로써 물질이 원자로 되어 있음을 알게 되었다. 금 표면을 확대하면 작은 알갱이들이 배열되어 있는 것을 볼 수 있는데, 이 작은 알갱이 하나하나가 금 원자이다. 금은 금 원소의 한 가지 성분으로만 이루어져 있으며, 무수히 많은 금 원자로 이루어져 있다.

돌턴의 원자설로 인해 많은 사람들이 원자는 더 이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 입자라고 생각하였다. 그러나 과학자들이 원자에 대한 연구를 계속한 결과, 원자는 더 작은 입자로 구성되어 있음이 밝혀졌다.

원자는 (+)전하를 띠는 원자핵과 (-)전하를 띠는 전자로 이루어져 있다. 원자의 중심에는 원자핵이 있고, 전자는 원자핵 주위에서 움직이고 있다.한 원자 안에서 원자핵의 (+)전하량과 전자의 (-)전하량이 같으므로 원자는 전기적으로 중성이다. 또, 원자는 종류에 따라 원자핵의 (+)전하량이 다르다. 예를 들어, 수소 원자는 원자핵의 전하가 +1이고, 탄소 원자는 원자핵의 전하가 +6이다.

원자의 크기는 얼마나 될까? 크기가 가장 작은 원자는 수소 원자로 수소 원자 1억 개를 한 줄로 늘어놓아야 그 길이가 1 cm가 될 정도로 매우 작은 크기이다.이처럼 원자는 매우 작아 눈으로 직접 볼 수 없기 때문에 모형을 사용하여 나타낸다. 모형을 사용하면 원자를 설명하기 편리하고, 이해하기도 쉽다. 원자를 모형으로 나타낼 때는 원자의 중심에 원자핵을 표시하고, 그 주위에 원자핵의 (+)전하만큼 전자를 배치한다.