주변 사물이 무엇인지 궁금한 적이 있습니까? 테이블을 본다고 말하면 나무로 만든 테이블이라고 부를 수 있습니다. 그래도 거울을 보면 유리라고 말할 수 있습니다. 기본적으로이 두 재료는 서로 다른 특성을 가지고 있지만 둘 다 같은 물질로 구성되어 있다는 것을 알고 계셨습니까? 그 이름은 원자입니다.
원자는 화학 반응에 참여하는 원소의 가장 작은 입자입니다. 매우 작은 크기로 인해 가장 강력한 광학 현미경으로도 볼 수 없습니다. 이 중 가장 작은 것은 수소 원자입니다.
Atom 모델
과학자들은이 가장 작은 입자를 수세기 동안 연구했지만 그들이 무엇인지 알아낼 수 없었습니다. Dalton이 원자 구조에 대한 그의 이론을 발표 한 것은 1808 년이었습니다. 그 이후로 원자 모델은 최신 발견과 함께 진화했습니다. 이번에는 과학자들이 제안한 다양한 원자 모델에 대해 논의 할 것입니다.
달튼의 이론
John Dalton은 원자의 존재에 대한 연구를 처음 발표 한 영국의 화학자, 물리학 자 및 기상 학자입니다. Dalton은 물질이 원자라고 불리는 불가분의 입자로 구성되어 있다고 설명했습니다.
불행히도 추가 연구에 따르면 원자 자체가 분할 가능하고 아 원자 입자로 구성되어 있음이 입증되었습니다. 아 원자 입자는 전자, 양성자 및 중성자로 구성됩니다. 그 이후로 과학자들은 J. J. Thomson과 Rutherford를 포함한 이러한 아 원자 입자의 위치를 고려하여 다른 모델을 제안하려고 시도했습니다.
원자 모델은 원자 구조와 원자 내의 아 원자 입자의 배열을 보여줍니다. 양성자와 전자의 발견으로 과학자들은 원자가 전하 균형을 이루는 양성자와 전자로 구성되어 있다고 주장했습니다. 그들은 양성자가 원자 내부에 있고 전자는 외부에 있고 쉽게 분리된다는 것을 발견했습니다.
과학자들이 제안한 4 개의 원자 모델, 즉 Thomson, Rutherford, Bohr가 제안한 모델 및 양자 기계 모델이 있습니다.
Thomson 원자 모형
Joseph John Thomson은 원자 모델을 처음 제안한 영국 노벨상을 수상한 물리학 자였습니다. 사실, 그는 양성자와 원자핵이 발견되기 전에 그것들을 발표했습니다. 그의 이론에서 Thomson은 양전하를 띤 구체의 전자가 크리스마스 푸딩의 말린 과일처럼 보이기 때문에 원자를 건포도 빵이나 자두 푸딩 모델과 같은 것으로 간주했습니다.
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이 모델은 원자가 전자가 내장 된 양으로 하전 된 공으로 구성되어 있다고 가정합니다. 원자는 음전하와 양전하가 같기 때문에 중성 전하를 가질 수 있습니다.
Rutherford의 핵 원자 모델
Ernest Rutherford는 뉴질랜드 태생의 물리학 자이자 영국에 거주하는 화학자입니다. 그는 Rutherford 산란 실험으로 알려진 실험을 수행 한 후 원자 모델을 제안했습니다. 그와 그의 두 학생은 얇은 금판에서 알파선 산란 실험을 수행했습니다.
Rutherford는 원자의 전체 양전하가 핵으로 알려진 매우 작은 영역에 집중되어 있다고 생각했습니다. 전자는 궤도라고 불리는 원형 경로에서 원자핵 주위를 고속으로 회전합니다. 핵과 전자 사이의 정전 기적 인력은 전자의 궤도를 유지합니다.
Rutherford 모델은 또한 양성자의 수가 전자의 수와 같으며 원자 번호로 알려져 있음을 밝혔습니다. 한편, 양성자의 수와 중성자의 수를 합하면 그 값은 원자 질량 수와 같습니다.
불행히도 Rutherford의 원자 모델은 원자의 안정성을 설명 할 수 없었습니다. 전자기 이론에 따르면 하전 입자는 가속 중에 에너지를 잃습니다. 에너지를 잃으면 전자의 속도가 느려지고 결국 전자가 핵에 끌려 원자가 파괴됩니다. 그 외에도 Rutherford의 원자 모델은 전자의 분포와 전자의 에너지에 대해 설명하지 않았습니다. 더욱이이 원자 모델은 각 원소가주는 선 스펙트럼을 설명 할 수 없습니다.
보어의 원자 모델
Rutherford 원자 모델의 단점, 특히 선 스펙트럼 및 원자 안정성과 관련하여 Niels Bohr는 자신의 원자 모델을 발표했습니다. 그는 전자가 에너지 껍질 또는 에너지 준위라고 불리는 특정 원형 궤도에서 원자핵 주위를 회전한다고 말했습니다. 에너지 쉘에서 회전하는 전자는 고정 된 양의 에너지와 관련됩니다. 이러한 에너지 껍질은 원자핵에서 1, 2, 3 등으로 번호가 지정되거나 껍질 k, l, m 등으로 정의됩니다.
원자의 전자 배열은 전자 배열로 알려져 있습니다. 전자 구성은 원자가 결합하는 방법을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 원자 껍질에 전자를 채우는 것은 가장 안쪽 또는 가장 낮은 에너지를 가진 껍질을 채우는 것에서 시작됩니다. 쉘을 차지할 수있는 전자의 최대 수는 2n2입니다.
양자 역학 원자 이론
불행히도 Bohr가 제안한 원자 모델은 자기장과 전기장에서 수소 원자의 스펙트럼을 설명 할 수 없었습니다. 오스트리아의 물리학자인 Erwin Schrödinger는 이에 대한 대답을 시도했습니다. 그는 양자 역학의 원리에 기초한 원자 이론을 개발했습니다. 슈뢰딩거가 제안한 모델은 원자가 양전하를 띤 핵을 갖고 음전하를 띤 전자로 둘러싸여 있다는 점에서 보어의 모델과 크게 다르지 않습니다. 차이점은 원자핵을 둘러싼 전자의 위치에 있습니다.
그의 이론에서 보어는 전자가 원자 반경이라고 불리는 원자핵으로부터 일정 거리를두고 궤도를 도는 원자핵을 돌고 있다고 주장했다. 그러나 양자 역학 이론에서 원자핵을 둘러싼 전자의 위치는 하이젠 베르크의 불확실성 원리에 따라 확실하게 알 수 없습니다. 따라서 전자의 위치에 대한 가장 큰 확률은 그 궤도에 있습니다. 즉, 원자에서 전자를 찾을 확률이 가장 높은 영역은 궤도에 있다고 할 수 있습니다.
양자 역학 모델은 또한 de Broglie가 제안한 것처럼 원자핵 주변의 전자 운동이 이원론의 특성을 가지고 있다고 말합니다. 원자핵 주변의 전자의 운동은 파동과 같은 성질을 가지고 있기 때문에 핵 주변의 전자 운동에 대한 방정식은 파동 함수와 관련이 있어야합니다.
슈뢰딩거는 물질의 이원론 적 성질과 관련된 원자핵 주위의 전자 운동이 데카르트 좌표로 표현 될 수 있다는 방정식으로 그의 이론을 보완했습니다. 이 방정식은 Schrödinger 방정식으로 알려졌습니다.
이 방정식에서 슈뢰딩거는 주 양자 (n), 방위각 양자 (A) 및 자기 양자 (m)의 세 가지 양자 수를 생성했습니다. 이 세 가지 양자 수는 원자핵 주변의 전자 확률을 나타내는 단순한 정수입니다. 슈뢰딩거 방정식의 해는 3 개의 양자 수를 산출합니다. 궤도는 Schrödinger 방정식에서 파생되므로 궤도와 세 숫자 사이에 관계가 있습니다.
