원자 모델이란 무엇입니까?

우리는 원자 모델이 무엇인지, 고대부터 현대까지 원자 모델이 어떻게 진화했는지 설명합니다.


이 모델은 기본적으로 물질이 무엇으로 구성되어 있는지 설명하려고 합니다.

원자 모델이란 무엇입니까?

원자 의 구조 와 기능을 다양한 그래픽으로 표현한 것을 원자 모델이라고 합니다 . 원자 모델은 물질 의 구성과 관련하여 각 시대에 사용된 아이디어를 바탕으로 인류 역사 전반에 걸쳐 개발되었습니다 .

최초의 원자 모델은 고대 철학자와 자연주의자들이 존재하는 것, 즉 물질의 구성을 감히 생각하고 추론하려고 했던 고전 고대로 거슬러 올라갑니다.

참조: 옥텟 규칙

데모크리토스(기원전 450년)의 원자 모델

“우주의 원자론”은 그리스 철학자 데모크리토스가 그의 스승인 레우키포스와 함께 창안했습니다. 당시 지식은 실험을 통해 얻어지는 것이 아니라 , 아이디어의 공식화와 토론을 바탕으로 한 논리적 추론을 통해 얻어졌습니다.

데모크리토스는 세상이 매우 작고 분할할 수 없는 입자 , 영원히 존재하는 균질하고 압축할 수 없는 입자로 구성되어 있으며, 유일한 차이점은 모양과 크기일 뿐 내부 기능에는 전혀 차이가 없다고 제안했습니다 . 이 입자를 “원자”라고 불렀는데, 이는 그리스어 atémnein 에서 유래한 단어로 “분할할 수 없음”을 의미합니다.

데모크리토스(Democritus)에 따르면, 물질의 성질은 원자가 어떻게 그룹화되어 있는지에 따라 결정됩니다. 에피쿠로스와 같은 후기 철학자들은 원자의 무작위 운동을 이론에 추가했습니다.

돌턴의 원자 모델(서기 1803년)

과학적 기반을 갖춘 최초의 원자 모델은 John Dalton이 그의 “Atomic Postulates”에서 제안한 화학 내 에서 탄생했습니다 . 그는 모든 것이 원자로 이루어져 있고, 심지어 화학 반응을 통해서도 분할될 수 없고 파괴될 수 없다고 주장했습니다 .

Dalton은 동일한 화학 원소의 원자는 서로 동일하며 동일한 질량 과 동일한 특성을 갖는다고 제안했습니다. 한편, 그는 각 원소의 질량을 수소의 질량과 비교하여 상대원자량(수소의 무게에 대한 각 원소의 무게)이라는 개념을 제안했습니다. 그는 또한 원자가 서로 결합하여 화합물을 형성할 수 있다고 제안했습니다.

Dalton의 이론에는 몇 가지 결함이 있었습니다. 그는 화학 화합물이 가능한 가장 적은 수의 원소 원자를 사용하여 형성되었다고 말했습니다. 예를 들어 Dalton에 따르면 물 분자는 H 2 O 가 아닌 H2O가 될 것이며 이는 올바른 공식입니다. 반면에 그는 기체 상태 의 원소는 항상 단원자(단일 원자로 구성됨)라고 말했는데, 이는 우리가 알고 있는 사실이 아닙니다.

추가 정보: Dalton의 원자 모델

루이스 원자 모델(서기 1902년)

“입방 원자 모델”이라고도 불리는 이 모델에서 루이스는 정육면체 모양으로 분포된 원자의 구조를 제안했으며, 그 안에 전자가 8개 있습니다 . 이는 특히 1919년 어빙 랭뮤어(Irving Langmuir)가 “입방 옥텟 원자”를 제안한 업데이트 이후 원자가 와 화학 결합 연구에 진전을 가져왔습니다 .

이러한 연구는 오늘날 공유 결합을 설명하는 데 매우 유용한 도구인 루이스 다이어그램으로 알려진 것의 기초가 되었습니다.

톰슨의 원자 모델(서기 1904년)


톰슨은 원자가 구형이고 그 안에 전자가 박혀 있다고 가정했습니다.
1897년 전자 발견자인 JJ 톰슨(JJ Thomson)이 제안한 이 모델은 양성자 와 중성자 의 발견보다 앞서서 원자 는 양전하를 띤 구체로 구성되어 있고 푸딩의 건포도처럼 음전하를 띤 전자가 그 안에 박혀 있다고 가정했습니다. 이 은유는 모델에 “Pruny Pudding Model”이라는 별명을 부여했습니다.

이 모델은 원자 전체에 분포되어 있다고 명시했기 때문에 원자의 양전하를 잘못 예측했습니다. 이것은 나중에 원자핵이 정의된 러더퍼드의 모델에서 수정되었습니다.

러더퍼드의 원자 모델(서기 1911년)

어니스트 러더퍼드는 1911년에 금박을 사용하여 일련의 실험을 수행했습니다. 이 실험에서 그는 원자가 양전하를 띤 원자핵(대부분의 질량이 집중되어 있음)과 이 핵 주위를 자유롭게 회전하는 전자로 구성되어 있음을 확인했습니다. 이 모델에서는 원자핵의 존재가 처음으로 제안되었습니다.

계속하기: 러더퍼드의 원자 모델

보어의 원자 모델(서기 1913년)


한 궤도에서 다른 궤도로 점프할 때 전자는 광자를 방출하여 궤도 간의 에너지를 차별화합니다.
이 모델은 물리학 세계에서 양자 가정을 발생시키며 , 이것이 고전 역학과 양자 역학 사이의 전환으로 간주되는 이유입니다 . 덴마크 물리학자 닐스 보어(Niels Bohr)는 전자가 어떻게 핵 주위의 안정적인 궤도(또는 안정적인 에너지 수준)를 가질 수 있는지 설명하기 위해 이 모델을 제안했습니다. 또한 원자가 특징적인 방출 스펙트럼을 갖는 이유도 설명합니다.

많은 원자에 대해 만들어진 스펙트럼에서 동일한 에너지 준위의 전자가 다른 에너지를 갖는 것으로 관찰되었습니다. 이는 모델에 오류가 있으며 각 에너지 준위에는 에너지 하위 준위가 존재해야 함을 보여줍니다.

보어의 모델은 세 가지 가정으로 요약됩니다.

  • 전자는 에너지를 방출하지 않고 핵 주위의 원형 궤도를 따라 이동합니다 .
  • 전자에 허용되는 궤도는 각운동량(L)(물체의 회전량)이 해당 값의 정수배인 특정 값을 갖는 궤도이며, h=6.6260664×10 -34 및 n=1, 2, 3입니다. …   _
  • 전자는 한 궤도에서 다른 궤도로 점프할 때 에너지를 방출하거나 흡수하며, 그렇게 함으로써 두 궤도 사이의 에너지 차이를 나타내는 광자를 방출합니다.

좀머펠트의 원자 모델(서기 1916년)


좀머펠트의 모델은 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)의 상대론적 가정의 일부를 기반으로 했습니다.
이 모델은 Bohr 모델의 결함을 보완하기 위해 Arnold Sommerfield가 제안했습니다 .

이는 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)의 상대론적 가정의 일부를 기반으로 했습니다. 수정된 내용 중에는 전자의 궤도가 원형 또는 타원형 이고 전자가 작은 전류를 가지며 두 번째 에너지 준위부터 두 개 이상의 하위 준위가 있다는 주장이 있습니다 .

슈뢰딩거의 원자 모델(서기 1926년)

보어(Bohr)와 좀머펠트(Sommerfeld)의 연구를 바탕으로 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)가 제안한 그는 전자를 물질의 파동으로 생각했으며 , 이를 통해 파동 함수( 공간에서 입자를 발견할 확률 을 설명하는 크기)에 대한 확률론적 해석을 공식화할 수 있었습니다. ) 맥스 보른.

이는 하이젠베르크의 불확정성 원리로 인해 전자의 위치나 운동량 을 확률적으로 연구할 수 있지만 동시에 두 가지를 모두 연구할 수는 없음을 의미합니다.

이것은 21세기 초에 시행된 원자 모델이며 나중에 일부 추가되었습니다. 이는 “양자파 모델”로 알려져 있습니다.