고대 그리스 철학의 시대부터 현대 양자 역학에 이르기까지 원자 이론은 여러 업데이트를 가졌으며, 각각은 그 당시에는 혁명적이었습니다.
우리 주변 사물의 본질에 대한 우리의 이해는 영원한 흐름에 있습니다. 꽤 분명해 보이는 것은 지금은 한 세기 전에 존재하지 않았거나 앞으로 수십 년 동안 쓸모 없게 될 것입니다. 시간이 지남에 따라 과학을 정제하는 완벽한 예는 원자 이론의 진화였습니다.
과학이 증거 기반이 아니라 철학의 형태와 비슷한 좋은 옛 시대부터 시작합시다. 사람들은 모든 것이 물, 불, 지구 및 공기의 네 가지 요소로 만들어 졌다고 믿었습니다. 당시 화학이 얼마나 쉬운 지 상상해보십시오!
Atom
에 대한 민주당의 아이디어기원전 400 년경 민주당이라는 그리스 철학자는 세계의 모든 것이“아토모스”라고 불리는 작은 파괴 할 수없는 입자로 만들어 졌다는 이론을 제시했습니다. 그는 재료의 특성이 그들이 만든 아토모의 유형에 달려 있다고 믿었습니다. 예를 들어, 신맛이 나거나 날카로운 맛은 뾰족한 가장자리가있는 입자로 만들어졌으며 달콤한 물건은 더 둥글고 매끄러운 원자로 만들어졌으며 금속은 단단한 원자로 만들어졌습니다. 이 모양의 잘못된 해석 외에도 민주당은 물질의 재산을 지시하는 원자 구성에 관한 올바른 길을 가졌습니다.
그러나이 이론은 지구상의 모든 것이 지구, 불, 물, 공기의 네 가지 요소로 만들어 졌다고 믿었던 최초의 사회적 영향력있는 사람 아리스토텔레스에 의해 크게 불신했습니다.
.Dalton 's Atomic Theory
끊임없이 변화하는 원자 이론의 다음 정거장은 거의 2,000 년 후 영국 화학자와 기상 애호가로부터 John Dalton이라는 기상 애호가로부터 나왔습니다. 그는 두 개의 가스를 혼합하고 그들의 행동을 관찰하는 실험을 수행했습니다. 그가 테스트 한 대부분의 가스는 다른 사람의 존재에 의해 방해받지 않고 독립적으로 존재했습니다. 그러나 그는 산화 질소가 대기 산소와 상호 작용할 수 있었을 때 다른 것을 발견했습니다. 순수한 아질산 가스의 36 척도는 100 개의 공기 측정과 반응하여 아산소 나 산소가 아닌 새로운 가스의 80 척도를 제공합니다.
이것은 그의 호기심을 불러 일으켜서 다른 양의 가스로 동일한 실험을 수행했습니다. 그는 가스가 고정 비율로 만 서로 반응하여 여러 비율의 법칙과 원자 이론을 일으킨 것을 관찰했다.
달튼은이 세상의 모든 것이 원자로 구성되어 있다고 이론화했다. 상이한 원소의 원자는 결합하여 다른 화합물을 형성하고 화학 반응 동안 재 배열되었다. 200 년이 지난 후에도이 개념 중 일부는 사실입니다.
Thompson Plum Pudding Model
19 세기 후반까지, 원자는 불가분의 입자로 묘사되었습니다. 이 개념을 깨뜨린 첫 번째 사람은 영국 물리학 자 J.J Thompson과 그의 신뢰할 수있는 캐소드 레이 튜브였습니다. 유리 튜브 진공 내부에서, 금속 전극을 가로 질러 고전압을 가해함으로써 가시적 인 입자 또는 음극 광선을 생성 하였다. 금속으로부터 생성 된 입자의 스트림은 음전하에서 멀어지고 양전하를 향한 경향이있다.
이 실험을 다른 금속으로 여러 번 반복 한 후, 그는 첫 번째 원자 모델을 생각해 냈습니다. 그의 유명한 자두 푸딩 모델은 원자를 긍정적으로 하전 된 질량 (푸딩)으로 만든 입자 (푸딩)로 묘사 한 작은 음전하 (매실과 같은)
로 묘사했습니다.
캐소드 레이 튜브 및 플럼 푸딩 모델 (사진 크레디트 :Wikimedia Commons)
Rutherford의 원자 핵 모델
초기 저항 이후,이 모델은 과학 세계에서 상당히 인기를 얻었지만 뉴질랜드 태생 어니스트 러더 포드는 확신하지 못했습니다. 1900 년대 초반에는 방사능이 모든 분노였으며 Rutherford는 방사성 붕괴 작업에서 알파, 베타 및 감마선을 발견했습니다. 그는 알파 입자를 생산하는 방법을 개발하고 원자의 구조로 프로브를 사용하는 데 사용했습니다.
그는 당시 모든 물리학자가 한 일을했습니다. 그는 실험을 생각해 냈습니다. 가이거-마르 가든 실험으로도 알려진 금 포일 실험은 알파 입자가 닿을 때마다 번쩍이는 황화철 아연 스크린이있는 얇은 금 포일 시트로 구성되었습니다. Rutherford는 입자가 호일을 통해 총알을 입고 그 뒤에 화면에 닿을 것으로 예상했습니다. 대부분의 입자는 예상대로 작동했지만 일부는 90도보다 큰 각도로 편향되었습니다.
Geiger-Marsden Gold-Poil 실험 (사진 크레디트 :Kurzon/Wikimedia Commons)
그의 관찰에 의해 뒷받침 된 그는 이전 모델을 반증 한 새로운 원자 모델을 생각해 냈습니다. 그는 원자의 질량의 대부분이 긍정적으로 하전 된 중심 (나중에 핵 이름, 라틴어“너트”)에 집중된 원자 구조를 제안했는데, 그 주변의 전자는 태양 주위의 행성처럼 공전했다.
.bohr의 원자 모델
Rutherford의 원자 이론이 출판 된 지 1 년 후 Niels Bohr는이 모델에서 불일치를 발견했습니다. 전자가 긍정적으로 하전 된 중심 주위에서 궤도를 돌려야한다면, 어느 시점에서 그 전자는 에너지를 잃고 핵으로 붕괴되어 원자를 불안정하게 만듭니다. 그러나 대부분의 원자가 (방사성을 제외하고) 꽤 안정적 인 것으로 판명 되었기 때문에 그렇지 않았습니다.
이것은 양자 물리학이 그림에 들어온 곳입니다. Bohr는 양자화 된 에너지의 개념을 사용하여 전자가 고정 궤도 또는 껍질로 핵 주위로 이동하도록 제안했습니다. 핵에 더 가까운 껍질은 에너지가 낮고 가장 먼 곳은 가장 높습니다. 전자가 더 낮은 에너지 궤도로 점프하면 방사선 형태의 여분의 에너지를 제공하여 원자 안정성을 유지합니다.
Bohr의 모델은 복잡한 멀티 전자 시스템에 적용되지 않더라도이 모델은 여전히 대부분의 교과서에서 원자 구조의 가장 인기있는 표현입니다.
(사진 크레딧 :Kurzon/Wikimedia Commons)
Schrödinger Atomic Model
우리가 아무리 시도해도 양자 역학의 복잡성을 피할 수는 없습니다. 전자와 같은 개체의 양자 거동을 확립함에 따라 Bohr의 원자 모델이 Heisenberg 불확실성 원리를 만족시키지 못했다는 것이 분명해졌습니다. 불확실성 원리에 따르면, 원자에서 전자의 정확한 위치와 궤적을 아는 것은 불가능합니다. 이는 보어 가설에 따라 고정 궤도에 존재할 수 없음을 의미합니다.
.파동 입자 이원성과 불확실성 원리의 개념을 결합하여 Erwin Schrödinger는 원자의 양자 기계 모델을 제시했습니다. 이 모델에서, 전자는 원형 궤도의 핵 주위를 중심으로 회전하지 않고, 원자 궤도의 전자 구름 (전자를 찾을 확률이 가장 높은 원자 내부의 영역)으로 회전한다. 그는 또한 Schrödinger Wave 방정식을 공식화하여 원자에서 전자 수준의 에너지를 정확하게 계산하는 데 도움이 될 것입니다. 이 새롭고 개선 된 원자 모델 .
수년에 걸친 원자 모델의 진화 (사진 크레디트 :Illuscientia/Wikimedia Commons)
인류는 항상 큰 질문으로 가득 차있었습니다. 우리 주변의 세상을 구성하는 것은 무엇입니까? 그리고 왜 다른 재료가 다르게 행동합니까?
원자 이론의 진화의 모든 단계는 우리의 활기차고 활기차고 세상을 지배하는 아 원자 입자의 비밀을 이해하는 데 약간 더 가깝게 도입되었습니다. 그럼에도 불구하고… 항상 더 많은 것을 배울 수 있습니다!
