원자의 유핵구조

톰슨의 원자 모형

원자의 구조

---

원자 속에는 양의 전하를 띤 무거운 부분이 남아 있을 것으로 생각되었으나, 이것과 전자가 서로 어떤 구조를 가지고 원자를 이루고 있는지는 명백하지 않았다. 전자를 발견했던 톰슨은 원자의 모형으로서 건포도를 군데군데 섞어 넣은 둥그런 찐빵 모양의 형태를 생각하였다.

 

즉 양의 전하로 대전된 둥근 찐빵 덩어리 속에 음의 전하를 가진 건포도(전자)들이 드문드문 박혀 있어서 전체적으로는 전기적 중성을 유지하고 있으나, 때로는 건포도 알이 밖으로 튀어나가기도 하고 또는 외부로부터 여분의 건포도 알이 더 들어와 박혀 여러 종류의 양 또는 음 이온도 만들 수 있다고 생각하였다.

 

한편 방사선 물질에서 방출되는 알파선은 이미 말한 바와 같이 양의 전하를 띤 입자들로 구성되어 있으며 또 전자에 비해 대단히 무거운 입자들이다. 1911년경 영국의 물리학자 러더퍼드는 이러한 알파 입자로 다른 원자들을 때려보면 그 원자들의 내부구조를 알아낼 수 있지 않을까 하는 생각을 하였다. 이는 마치 우리가 내부구조를 알지 못하는 어떤 과일을 앞에 놓고 송곳으로 찔러보아 그 속에 씨가 들어 있는지 알고자 하는 것과 흡사한 생각이다.

 

러더포드

러더포드는 특히 톰슨의 건포도가 박힌 찐빵 모형이 과연 옳은지를 확인해보려고 했다. 그리하여 그는 알파 입자들을 얇은 금박에 충동하게 하여 이들이 금박의 원자들을 통과하는 동안 경로가 어떻게 변하는가를 관측하였다. 톰슨의 원자 모형에 의하면 알파 입자들이 금박의 원자 내부를 통과하는 동안 경로가 어떻게 변하는가를 관측하였다.

 

톰슨의 원자 모형에 의하면 알파 입자들이 금박의 원자 내부를 통과하는 동안 진행경로가 조금씩만 변할 것이라고 기대하였으나, 실제로는 그 진행 방향이 크게 달라진 입자들도 관측되었으며 심지어 거의 반대 방향으로 되돌아오는 입자들도 볼 수 있었다.

 

이러한 현상이 가능하기 위해서는 양의 전하를 띤 부분이 원자 전체에 퍼져 있지 않고 원자 내의 어느 좁은 영역에 집결되어 있어서 근처에 접근하는 알파 입자에 대해 강한 반발력을 미쳐야 할 것으로 생각된다. 이는 마치 송곳으로 과일을 찔러볼 때 어느 부분에 딱딱한 것이 있어서 더 이상 들어가지 않는다면 그곳에 단단한 씨가 들어있으리라고 생각하는 것과 흡사하다.

 

동시에 이 단단한 중심부가 양의 전하들만으로 집결되기 위해서는 음의 전하를 띤 전자들은 이보다 훨씬 바깥 부분에 존재하지 않으면 안 된다. 이러한 상황을 가능하게 하는 하나의 모형으로서 러더포드는 즉각적으로 태양계 모형을 생각해내었다. 태양계 중심에 태양이 자리 잡고 있는 것과 마찬가지로 원자의 중심에는 양의 전하를 띤 작고 무거운 원자핵이 자리 잡고 있으며 그 주위를 전자들이 돌고 있다고 생각하였다. 이렇게 생가하면 러더포드의 알파 입자 산란 실험 결과는 매우 자연스럽게 설명될 수 있다.

 

이리하여 원자의 내부에는 양의 전하를 띤 무거운 원자핵이 중심에 놓여있고 그 주위를 가벼운 전자들이 회전하고 있다는 원자의 유핵 구조가 밝혀지게 되었다.