러더퍼드 원자 모형: 두 판 사이의 차이

'''러더퍼드 원자 모형'''은 [[어니스트 러더퍼드]]가 1911년 제시한 원자의 모형이다. 러더퍼드가 이 원자 모형을 제시하기 이전에는 [[조지프 존 톰슨]]이 제시한 푸딩에 박혀있는 건포도처럼 [[양전하]]들이 분산되어 있는 원자 모형이 널리 인정 받고 있었다. 그러나 러더퍼드는 1909년 행해진 [[가이거-마스덴 실험]] 바탕으로 1911년에 새로운 원자모형 제시하였다. 그리고 이 러더퍼드 원자모형은 양전하가 원자에 퍼져있다는 톰슨의 주장이 틀렸음을 보여주었다.

 

러더퍼드 원자 모형은 원자에서 양전하가 어디에 있는지 제시한 모형이다. 러더퍼드는 가이거-마스덴 실험을 바탕으로 양전하가 원자 내부의 한 점에 모여 있음을 추론하였다. 즉, 러더퍼드 원자모형은 양전하가 중심점에 밀집되어 고밀도의 핵을 이루고 전자는 핵에서 떨어진 공간에서 핵을 중심으로 원운동을 하고 있음을 가정한 핵 모형이다.

 

 

어니스트 러더퍼드는 [[라돈]]과 같은 몇몇 원소들이 양전하를 띤 [[알파입자]]를 방출하는 것을 알고 있었다. 그는 두 명의 학생, 가이거와 마스덴에게 몇 원자 층 정도로 얇은 백금 박편에 알파입자를 쪼여보도록 지시하였다.<ref> Peter Atkins, Loretta Jones 지음, 김관 외 5인 옮김, 《화학의 원리 제4판》, 자유아카데미, 2008, 106쪽</ref>

 

실험을 한 결과 금박을 지나온 알파입자 중 크게 휘어지는 알파입자를 발견하였다. 러더퍼드는 금박에서 반사되어 뒤로 나오는 알파입자를 조사하도록 지시하였다. 반사되는 알파입자를 조사한 결과 알파입자 20000개 중 한 개정도가 매우 큰 각도로 굴절되었고 대부분은 거의 굴절되지 않고 박막을 통과하였다.

 

만약 원자가 양전하를 띤 젤리 방울 같다면 대부분의 알파입자들은 박편에 산재해 있는 양전하를 쉽게 통과하게 되고 가끔만 진행방향을 약간 휘게 될 것이다. 그러나 알파입자가 반사되는 이 현상은 러더퍼드의 말을 빌리자면

 

러더퍼드는 충돌에서 알파 입자를 전체적으로 되튀게 하는 효과적인 유일한 방법은 원자의 모든 양전하를 한 점에 모으는 것이라고 추론했다. 즉, 양전하의 전부와 질량의 대부분이 작은 핵에 밀집 되어 있기에 알파입자의 극히 일부가 핵에 정통으로 부딪쳐서 매우 큰 각도로 굴절 할 수 있다고 제시하였다.

 

 

러더퍼드 원자모형은 최초로 [[원자핵]]의 존재를 밝혀낸 모형이다. 초기에는 양성자만이 중심에 모여 있다고 생각하였다. 그 후 연구를 통해 핵은 각 +e의 전하를 띠는 양성자들과 전하를 띠지 않는 [[중성자]]들로 이뤄졌다는 것이 [[제임스 차드웍]]에 의해 밝혀졌다. <ref> 박병소 지음, 《원자력 세계를 연 과학자들》, 한국원자력문화재단, 2001,42쪽</ref> 각 원소마다 핵에 들어 있는 양성자의 수는 고유한 값을 갖는데, 이것을 [[원자번호]]라 한다.

 

러더퍼드 원자 모형은 원자구조에 대한 혁신적인 가정을 세웠다. 바로 원자핵이 존재하며 전자가 원자핵 주위에 존재한다는 가정이다. 원자구조는 이후 [[닐스 보어]]에 의해서 한계점을 극복하게 되었다. 보어가 만든 보어 원자 모형은 러더퍼드 원자 모형에 비해 더욱 현대적인 원자 모형으로 받아들여지고 있다. <ref> 박병소 지음, 《원자력 세계를 연 과학자들》, 한국원자력문화재단, 2001, 60~72쪽 </ref>

 

 

러더퍼드의 모형은 불안정성 때문에 어려움을 겪어야 했다. [[방사능]]이나 충돌과 연관 짓지 않고, 원소의 특징적인 [[스펙트럼]] 선과 다른 현상들의 기원을 설명하려는 시도는 원자의 전자들이 원자핵 주위를 원 운동하고 있다는 생각이 필요했다. 이는 행성 주위를 회전하고 있는 토성 고리의 구성 성분들처럼 전자들이 원자의 핵 주위를 회전하고 있다는 것을 의미했다. 그러나 토성 고리를 구성하는 물질과는 달리 전자들은 서로 반발하기 때문에 원자들은 불안정했다. 그러므로 아주 조그마한 충격에도 러더퍼드의 원자모형을 따르는 원자는 분해될 것이다.<ref> J.L 헤일브른 지음, 고문주 옮김, 《핵물리학과 러더퍼드》, 바다출판사, 2006 , 94~95쪽</ref>

 

매우 가벼운 원소의 원자는 [[복사]]에 의해 에너지를 빠르게 잃을 것이다. 가장 좋지 않은 경우는 단 한 개의 전자를 가지는 [[수소]]이다. 수소의 단 한 개의 전자는 어떤 에너지도 받지 못하고 방출하게 될 것이다. 그래서 전자는 나선을 그리며 재빨리 핵으로 떨어질 것이다. 러더퍼드의 모형에 따르면 우주에는 수소가 없어야 한다.<ref>J.L 헤일브른 지음, 고문주 옮김, 《핵물리학과 러더퍼드》, 바다출판사, 2006 , 95쪽</ref>그러나 실제로는 수소의 전자는 안정하다. 즉, 전자가 에너지를 잃으면서 나선을 그리며 핵으로 떨어지는 일이 발생 하지 않는다.

 

<references/>

* Griffith 지음, 조영석 대표역자, 《물리학의 이해 4판》, 북스힐, 2008, 521~525쪽/

 

* [[가이거-마스덴 실험]]

* [[톰슨의 원자 모형]]

* [[러더퍼드 산란]]

 

* [http://www.rwc.uc.edu/koehler/biophys/7a.html Rutherford's Model by Raymond College]

* [http://www2.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld1_E/Part2_E/P25_E/Rutherford_model_E.htm Rutherford's Model by Kyushu University]

[[an:Modelo atomico de Rutherford]]

[[ar:نموذج رذرفورد للذرة]]

[[ca:Model atòmic de Rutherford]]

[[de:Rutherfordsches Atommodell]]