[일반화학] Chapter 2 - (1)

2-1. The Atomic Theory

[1] Dalton's Aotmic Theory (1808)

특징 1

: Element(원소)는 Atom(원자)라 불리는 매우 작은 입자로 구성되어 있다.

특징 2

: 원소의 원자는 그 구성 요소의 수에 따라 고유한 물리적 화학적 성질을 가지게 되며, 이는 각 원소가 독특한 이유이다.

Q. 주어진 Element(원소)의 모든 Atom(원자)는 모두 동일하고, 같은 크기, 질량, 화학적 특성을 가지고 있는가?
A. No, 한 원소마다의 원자는 다른 모든 원소의 원자와 다르다.

• Ex. 예를 들어 수소(H) 원자는 양성자 1개, 전자 1개로 이루어져 있다. 반면, 헬륨(He)는 양성자 2개, 중성자 2개, 전자 2개로 이루어져 있다.

• 이처럼 수소와 헬륨의 원자는 구성 요소의 수가 다르기 때문에, 서로 다른 성질을 가진다.

특징 3 (Law of Multiple Proportions 배수 비례의 법칙)

: Compounds(화합물)은 두 개 이상의 원소(element)로 구성된 원자(atom)으로 구성된다.

모든 화합물에서 존재하는 두 원소의 비율은 정수이거나 단순 분수이다.

특징 4 (Law of Conservations of Mass 질량 보존의 법칙)

: 화학 반응(chemical reaction)은 분리를 포함하며, 원자의 결합이나 재배열, 생성이나 파괴로 이어지지 않는다.

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2.2 The Structure of the Atom (원자의 구조)

[1] Cathode Ray Tube (음극선관)

목적 : 전자의 존재와 그 성질을 연구하기 위해 사용된 실험입니다.

방법 : 진공 상태의 유리관에 양극과 음극을 설치하고, 고전압을 걸어 음극에서 나온 전자가 양극 쪽으로 이동하는 음극선을 형성합니다.

결과 : J.J. 톰슨은 이 실험을 통해 전자의 질량 대 전하 비율을 계산했습니다. 이는 전자가 매우 가볍고, 그 전하가 음전하임을 보여주었습니다. 이 실험으로 1906년에 노벨 물리학상을 받았습니다.

중요성 : 이 실험은 전자가 원자의 기본 구성 요소 중 하나임을 밝혀낸 중요한 실험 중 하나입니다.

[2] Millikan's Experiment (밀리칸의 실험)

목적: 전자의 전하를 측정하기 위해 실시된 실험입니다.

방법: 미세한 기름방울에 전기장을 가해 그들이 중력과 전기장 사이에서 균형을 이루도록 했습니다. 이로부터 전자의 전하량을 계산할 수 있었습니다.

결과: 전자의 전하가 -1.60 \times 10^{-19} 쿨롱(C)임을 측정했습니다. 이 실험은 1923년에 노벨 물리학상을 받았습니다.

중요성: 이 실험을 통해 전자의 전하량과 그 값이 양자화되어 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

[3] Types of Radioactivity (방사능의 종류)

방사성 물질에서 방출되는 방사선은 세 가지 주요 유형이 있습니다.

• α선(알파선): 양전하를 띠고 있으며, 종이 한 장으로도 차단될 수 있는 낮은 투과력을 가집니다.
• β선(베타선): 음전하를 띤 전자이며, 알루미늄 같은 금속 판으로 차단할 수 있습니다.
• γ선(감마선): 전자기파로서, 매우 높은 투과력을 가지고 있어 두꺼운 납 같은 물질로 차단해야 합니다.

[4] Thomson's Model

: 양 전하가 구 전체에 퍼져 있다.

원자를 양전하를 띤 물질이 구 모양으로 퍼져 있는 덩어리로 가정하고, 그 안에 음전하를 띤 전자가 박혀 있는 형태로 설명합니다.

[5] Rutherford's Experiment (러더퍼드의 실험)

1. 원자의 positive charge(양전하)는 핵에 집중되어 있다.

2. proton(양성자)는 electorn(전자)와 반대되는 (+) 전하를 가진다.

3. p의 질량은 e의 질량의 1840배이다.

[6] Rutherford's Model of the Atom (러더퍼드의 원자 모형)

: 원자 모형을 통해 원자가 대부분 빈공간으로 이루어짐을 말한다.

비유

: 원자의 크기를 이 스포츠 경기장 크기로 확대한다면, 핵의 크기는 동전 1센트 정도가 될 것입니다.

[7] Chadwicks' Experiment (채드웍의 실험)

목적

: 원자핵 내부에 중성자라는 새로운 입자가 존재함을 확인하고, 그 성질을 연구하기 위해 실시된 실험입니다.

방법

: 채드윅은 베릴륨(Be) 원소에 알파 입자(헬륨 원자핵, \alpha 입자)를 충돌시켜 중성자를 방출시키는 실험을 진행했습니다. 충돌 후 방출된 입자가 전하를 띠지 않는 중성적인 입자임을 확인하기 위해, 이 입자가 파라핀 같은 물질과 충돌했을 때 발생하는 프로톤의 운동 에너지를 측정했습니다.

결과

:채드윅은 이 실험을 통해 전하가 없는 중성적인 입자가 존재한다는 것을 확인했습니다. 이 입자는 질량이 프로톤과 거의 동일하며, 원자핵의 중요한 구성 요소인 중성자(neutron)로 불리게 되었습니다. 이 발견은 1935년에 채드윅에게 노벨 물리학상을 안겨주었습니다.

중요성

: 채드윅의 중성자 발견은 원자 구조 이론에서 큰 전환점을 가져왔습니다. 이전에는 원자핵이 양성자로만 이루어져 있다고 생각되었으나, 중성자가 추가됨으로써 원자핵의 질량이 설명되었습니다. 예를 들어, 수소(H) 원자는 1개의 양성자(proton)를 가지고 있으며, 헬륨(He) 원자는 2개의 양성자를 가지고 있지만, 헬륨의 질량이 수소의 2배가 아닌 4배라는 사실은 중성자의 존재로 설명되었습니다. 중성자는 전기적으로 중성이며, 원자핵의 질량을 크게 증가시키는 역할을 합니다.

[8] Properties of Subatomic Particles (아원자 입자의 특성)

Mass and Charge of Subatomic Particles (아원자 입자의 질량 및 전하)

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