많은 학자들이 함께 밝혀낸 원자의 구조

사과를 눈에 보이지도 않을 정도로 계속해서 쪼갠다면 언젠가는 더 이상 쪼개지지 않는 무언가가 있을 것이다.이것을 과거의 과학자인 데모크리토스나 돌턴은 원자라고 생각했다. 이처럼 과거에는 원자를 더 이상 쪼개지지 않는 물질을 구성하는 작은 입자라고 정의했지만 오늘날에는 과학 기술이 발달하면서 원자는 전자, 중성자, 양성자로 이루어져 있다는 사실을 알아냈다.

음전기를 띠는 전자는 세 입자 중 가장 작고 가볍다. 톰슨은 기체 방전관 실험을 통해 전자의 흐름을 발견하고 원자에는 전자가 존재한다는 사실을 알게 되었다. 하지만 같은 음전기를 띠고 있는 전자가 한 원자에 모여 있기는 어렵다. 이에 대해 톰슨은 원자가 건포도 푸딩 모양이라고 생각했다. 원자에 전자가 고루 박혀있어서 원자가 전기적으로 중성이라고 생각한 것이다. 이로 인해 이전 학자들은 원자를 단위 입자라고 생각했으나 톰슨은 원자가 두 전하의 입자로 나뉜다는 것을 밝혀냈다.

(톰슨의 원자모형)

[이미지 제작=대한민국청소년기자단 16기 김형인기자]

양전기를 띠고 있는 양성자는 대략 전자보다 2,000배 더 무거워서 전자처럼 쉽게 분리할 수 없었다. 하지만 라듐의 발견 이후 큰 에너지를 이용한 실험이 가능하게 되었다. 러더퍼드는 얇은 금박에 라듐에서 방출되는 알파 입자를 충돌시키는 실험을 하였다. 그 결과 대부분의 알파입자는 금박을 통과했지만 어느 지점에서는 금박을 통과하지 못하고 튕겨져 나갔다. 이를 통해 러더퍼드는 양전기가 전자처럼 퍼져있는 것이 아니라 한곳에 뭉쳐있다는 사실을 알게 되었고 이를 바탕으로 태양계의 모양을 딴 원자 모형을 제안했다.

채드윅은 전기적으로 중성이고 양성자와 질량이 비슷한 중성자의 존재를 발견하였다. 이를 바탕으로 중성자라는 입자가 전기적 성질이 같은 양성자를 잡아당겨 한곳에 모아둔다는 가설을 제안했다. 그의 제안을 이용하면 같은 양전기를 띠고 있는 양성자가 흩어지지 않고 한곳에 모여 있는 이유를 설명할 수 있다.

많은 과학자들이 원자의 구조를 밝히기 위해 많은 시간과 노력을 들였다. 원자는 눈에 보이지 않을 정도로 작지만 결국 온 세상을 이루는 기초이다. 우리는 눈에 보이지 않지만 중요한 이 원자를 조금 더 관심을 두고 자세히 알아보아야 한다.

[대한민국청소년기자단 IT·과학부=16기 김형인기자]