원자의 정의는 무엇인가?
원자
원자(原子, atom)는 화학 반응을 통해 더 쪼갤 수 없는 단위를 말한다. 현대 물리학의 관점에서 볼 때 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있으며, 원자핵은 중성자와 양성자로 구성된다. 또 핵반응을 통해서는 더 작은 단위로 나뉜다. 원자와 혼동하기 쉬운 개념으로 '원소'를 들 수 있는데, 원자가 물질을 구성하는 기본 입자라고 한다면, 원소는 물질을 이루는 성분의 종류라고 하겠다. 한편, 여러 원자의 화학적 결합으로 이루어진 분자는 물질의 성질을 가지는 가장 작은 입자이다.
양자역학
원자와 관련된 것을 설명하기 위해 양자역학은 ‘파동함수6)’라고도 하고 ‘상태함수’라고도 하는 수학적인 장치를 사용한다. 양자역학이 제안된 초창기부터 많은 물리학자들은 파동함수의 의미를 둘러싸고 논쟁을 벌였다. 이로 인해 파동함수가 정확히 무엇인지 도무지 알 수 없는 상황이 돼 버렸다. 그전까지 물리학에서는 대체로 수학을 이용해 방정식이나 공식을 만들면, 그 의미를 모두 알고 있다고 생각해 왔다. 물론 세부적으로는 어려운 점도 많았지만, 결코 알 수 없는 것을 방정식이나 공식에 담지는 않았던 것이다. 그런데 양자역학에서는 가장 핵심이 되는 파동함수가 정확히 무엇인지 아무도 제대로 대답할 수 없는 듯 보였다. 게다가 하이젠베르크는 이 양자역학이라는 이론 안에 소위 ‘불확정성 원리7)’가 있음을 밝혔는데, 이 또한 우리가 무엇인가를 안다는 것에 근본적인 한계가 있음을 말해 주었다. 실용적으로 물리현상을 아주 잘 설명해 주는 이론이 있는데, 정작 그 이론은 우리가 안다는 것에 대해 회의적인 관점을 제시하고 있었던 셈이었다. 그보다 불과 100여 년 전에 프랑스의 피에르 라플라스(Pierre Simon de Laplace, 1749~1827)는 물리학을 통해 세상의 모든 것을 다 알 수 있다고 자신했지만, 파동함수와 불확정성 원리의 등장으로 인해 우리가 원자에 대해 무엇을 알고 있는지, 그 개념마저 흔들리기 시작했다.
원소 (화학)
순물질의 구성 입자를 원자라고 부른다. 원자는 양성자와 중성자로 이뤄진 원자핵, 그리고 주위를 도는 전자로 구성되어 있다.
원자 질량 단위
기호 amu가 가끔 옛 기록에서 발견되지만, 보통 단위 없이 많이 쓰인다. 이 단위는 SI 단위가 아니지만, 혼용이 허용된다. 이 단위는 수소 원자가 1 u 에 가깝기 때문에 유용하다. 그리고 대체로 n개의 핵자를 가진 원자의 질량은 n u이다. 원자와 분자의 상대적인 질량을 비교하기 편하다는 장점도 있다. 생화학이나 분자생물학에서는 '돌턴'(Da)이라 쓰기도 한다. 주로 단백질과 같은 고분자 물질에 대해 사용하므로 보통은 1000배인 킬로돌턴(kDa)의 형태로 많이 쓰인다.
원자 번호
1911년에 어니스트 러더퍼드는 중심핵이 원자 질량의 대부분을 차지하고, 전자의 전하 단위에서 수소 원자의 개수로 표현하면 원자 질량의 절반과 거의 같은 양전하가 중심핵에 밀집되어 있는 모형을 제시했다. 이 때 원자핵의 전하는 원자 질량의 약 절반이 된다. (비록 러더포드가 추측한 단일 금 원자는 , 로 약 25%가 다르더라도 말이다.) 러더퍼드가 금의 원자핵이 약 100의 전하를 가진다(주기율표에서 금의 이다)고 생각했음에도 불구하고, 러더퍼드의 논문이 나온 지 한 달 후에 어니스트 반 덴 브로에크는 중심핵의 전하와 원자 내 전자의 개수가 주기율표에서 원소의 위치, 즉 원자 번호("Z")와 "정확히" 같다고 공식적으로 최초로 주장했다. 그리고 이것은 끝내 입증되었다.
원소 (화학)
원소 이름의 유래는 원소라는 개념 자체가 없던 고대로 거슬러 올라가기 때문에, 황, 금 같이 고대부터 이미 잘 알려져 있던 원소들은 각 나라와 언어 별로 서로 다른 이름을 가지고 있다. (예를 들어 독일어의 과 영어의 은 모두 나트륨을 가리킨다.) 그러나 국제적으로 통용되는 원소의 영어 이름은 국제순수·응용화학연합(IUPAC)이 결정하며, 영국식 영어와 미국식 영어에서 유래한 이름이 서로 섞여 있다. 원소의 한국어 이름은 대한화학회가 결정하며, 2007년부터는 모든 원소의 명칭을 독일어가 아닌 IUPAC에서 정한 대로 부르고 있다.
원자 모형
전자가 발견되면서 더 이상 나눌 수 없다는 원자에 대한 관념이 깨지고 원자를 구성하는 요소를 설명하는 방편으로 제안되었다.
화학
과거 화학에서 더 이상 나뉘지 않는 기초적인 요소가 존재한다고 했는데, 이 기초적인 요소를 원자(atom)라 한다. 원자란 물질을 구성하는 기본적인 입자로 고대 그리스의 데모크리토스에서부터 그 존재가 주장되었는데, 1803년 존 돌턴에 의해서 원자론으로 정리되었다. 20세기 초, 화학자들은 원자를 구성하는 더 작은 입자들, 즉 전자, 양성자, 중성자가 존재한다는 사실을 발견하였다. 전자는 음전하를 띠고 있고, 양성자는 양전하를 띠고 있으며, 중성자는 전하를 띠지 않고 있다. 원자는 양성자와 중성자로 구성되어 있는 원자핵을 가지고 있으며 전자는 이 주변에 오비탈을 이루며 분포되어 있다.
원자 질량
하나 이상의 동위 원소를 갖는 비(非) 단일 핵종 원소들의 경우에는 상대 동위 원소 질량으로 부터 상대 원자 질량(원자량) 간의 수치적 차이는 질량 단위의 절반 이상일 수 있다(예컨대, 염소 (원소)의 경우에는 원자량과 표준 원자량은 거의 35.45 이다). 드물게 동위 원소의 원자 질량은 상대 원자 질량, 원자량 또는 표준 원자량과 조금 다를 수 있다.
사원소설
돌턴은 1803년에 원소의 개념을 명확히 했으며, 원자설을 발표하였다. 그는 원자를 더 이상 쪼개질 수 없는 입자로 여겼고, 원자의 상대적 중량이 원소들의 특징을 결정한다고 생각했다. 따라서 물질들은 다른 종류의 원자(다른 질량을 지닌 기본 입자)로 구성되어 있다고 주장했다.
원자 궤도
1900년대 초반까지만 해도 가장 타당한 원자모형은 보어의 원자모형이었다. 보어의 원자모형은 수소의 방출 스펙트럼으로부터 얻은 에너지 수치들을 잘 설명해주었다. 그러나 수소 이외의 원자들은 보어모형으로 얻어낸 수치들과 전혀 들어맞지 않았다. 또 고전물리학에 따르면 가속도 운동을 하는 전자는 에너지를 방출하며 핵으로 접근해야한다. 결국에는 전자와 핵이 충돌할 것이므로 안정한 원자는 존재하지 않게 되는 것이다. 그러나 보어는 이를 설명하지 못하였다, 이러한 이유로 전자가 원형궤도를 따라 핵 주위를 돈다는 보어의 가설은 틀렸음이 명백해졌다.
상대적 실재
그렇기 때문에 상징으로서의 원자는 개별적이며 독립적으로 존재하는 원자의 관찰이 아니라 원자는 단지 관측 매질과 관련해서만 정의될 수 있다.
원자 궤도
원자 물리학에서 원자 스펙트럼 선은 원자의 양자 상태 사이의 전이 (양자 도약)에 해당합니다. 이 상태는 용어 기호로 요약 된 양자 수 세트로 표시되며 일반적으로 특정 전자 배열, 즉 원자 궤도의 점유 상태에 연관된다. (예 : 네온 용어 기호 S의 바닥 상태는 1s 2s 2p이다.)
양성자
양성자(陽性子, proton)는 +1e의 전하를 가지는 원자의 구성입자로 중성자와 함께 원자핵을 이루며, 이 둘을 “핵자”라고도 부른다. 모든 원자의 핵에는 하나이상의 양성자가 포함되어 있고 이 양성자의 개수가 원소의 성질을 결정하는데, 각 원소가 각자 다른 수의 양성자를 가지기 때문에 양성자의 개수를 원소의 고유한 원자번호로 사용한다. 양성자의 영문 표기인 proton은 그리스어로 “첫번째“를 뜻하며, 이 명칭은 1920년에 어니스트 러더퍼드에 의해 수소 원자핵의 명칭으로써 부여되었다. 러더퍼드는 수소 원자핵 (가장 가벼운 원자핵)을 질소 원자핵의 충돌을 통해 얻을 수 있다는 사실을 1919년에 발견했고, 이에 따라 양성자가 질소를 비롯한 모든 무거운 원자핵을 구성하는 기본 입자의 후보라 여겼다
논리철학 논고
명제(판단의 내용을 이루는 것으로, 문장·언어에 의해 표현되는 것)의 논리적 구조와 논리적 추리의 성질에 대한 연구부터 시작되며, 이어 지식론, 물리학의 제 원리, 윤리학의 차례로 다루고 끝으로 종교 문제를 논한다. 세계를 구성하는 개개의 원자적(요소적) 사실은 판단(명제)에 의해 '모사(模寫)'된다. 꽃이 아름답다는 사실이 '꽃은 아름답다'는 판단으로 모사되고 여기서 '꽃' '은' '아름답다' 등의 여러 개념이 형성된다. 개념이 먼저 있고 이것이 결합되어 판단이 성립하는 것은 아니다. 원자적 사실의 모사인 판단의 내용(명제)은 상호 독립된 원자적 명제이며, 이것이 '논리적 원자'가 된다. 원자적 사실이 모두 바르게 모사되고 원자적 명제로서 파악되면, 이러한 논리적 원자를 구성함으로써 세계는 완전히 인식된다. 그런데 명제(命題)는 언어에 의해서 객관화되는 것이므로 세계의 인식은 바로 언어의 조작, 곧 언어의 논리적 분석인 것이다. 따라서 세계를 바르게 인식하기 위해서는 "말할 수 없는 것에 대해서는 침묵해야 한다"고 비트겐슈타인은 말한다.
공명
핵자기공명은 1964년에 발견된 이후 화학적, 의학적인 분야에 적용돼 왔다. 물질은 원자로 이루어져 있으며 원자는 핵과 전자들로 구성돼 있다.
원자들이 자기장 속에 있으면 회전하고 있는 전자 때문에 에너지차가 생기고 이에 비례하는 진동수가 결정된다.
물질에 전자기파가 들어와서 결정된 진동수와 공명이 일어나면 전자기파는 흡수된다. 즉 높은 에너지를 갖게되는 것이다.
이것을 핵자기공명이라고 한다. 물질 내의 수소 원자는 외부 자기장 뿐만 아니라 주변 원자의 자기장에 의해서도 영향받는다. 같은 종류의 핵이더라도 조금씩 다른 공명 주파수를 보인다. 따라서 공명 진동수를 연구해 물질 내의 여러 구조에 대해서 알 수 있다.
중성자
중성자는 아원자 강입자(subatomic hadron)로써 n이라고 표시한다. 전하는 없으며 질량은 양성자보다 조금 크다.경수소를 제외한 다른 원자의 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져있으며 이 둘을 합쳐 핵자라 부른다. 원자핵을 이루고 있는 양성자의 갯수를 원자 번호라 하며 이는 원소의 종류를 결정한다. 중성자는 핵력을 통해 중성자와 묶여 원자핵을 이룰 수 있으며 양성자들 끼리만 모여있으면, 서로 같은 전하를 띠고 있어 반발한다(diproton 참조). 이 때 양성자들을 반발시키는 전자기력이 핵력의 인력보다 강하기때문에 양성자만으로는 원자핵을 이룰 수 없다. 중성자의 수는 물질의 동위 원소를 결정한다. 예를 들면, 탄소의 대다수를 차지하는 탄소-12는 6개의 양성자와 6개의 중성자를 가지고 있는 반면 그 수가 매우 적은 탄소-14는 6개의 양성자와 8개의 중성자를 가지고 있다.
원자 궤도
양자 이론에 따르면 상태 1은 의 고정 에너지를 가지고 있으며 상태 2는 고정 에너지 . & nbsp; 1의 전자가 & nbsp; 2의 상태로 이동하면 어떻게 되는가? 이 일이 일어나기 위해서는 전자가 정확히 의 에너지를 얻을 필요가 있다. 전자가 이 값보다 작거나 큰 에너지를 수신하면 & nbsp; 1 상태에서 2 상태로 이동할 수 없다. 자, 우리가 넓은 스펙트럼의 빛으로 원자를 조사한다고 가정해 보자. 정확히 의 에너지를 가진 원자에 도달하는 광자는 전자에 흡수 될 것이다 & nbsp; 1 상태에서 전자가 & nbsp; 2로 이동한다. 그러나 에너지가 크거나 작은 광자는 전자가 흡수 할 수 없고 전자는 오비탈 중 하나에 점프 할 수 있기 때문에 오비탈 사이의 상태로는 이동할 수 없다. 결과는 특정 주파수의 광자 만이 원자에 흡수된다는 것이다. 이것은 흡수 선 (absorption line)으로 알려진 스펙트럼을 생성하며, 이는 상태 1과 2 사이의 에너지 차이에 해당한다.
원자 궤도
J.J. 1897 년 톰슨이 전자를 발견한 것은 원자들이 자연을 구성하는 최소 단위의 입자가 아니라 오히려 복합적인 입자라는 것을 시사했다. 원자 내부에서 새롭게 발견된 구조는 원자의 구성부분이 서로 어떻게 상호 작용 하는지를 상상할 수있는 많은 사람들을 유혹했다. 톰슨은 양의 전하를 띠는 젤리같은 곳에 전자가 박혀있다고 이론화했다. 이를 '건포도 푸딩 모형'이라고 한다. 이 때 원자에 박혀있는 전자는 고정되어 있지 않고 움직일 수 있다. 그리고 전자의 발견과 1909년 사이에 이 '건포도 푸딩 모형'은 원자 구조에 대해 가장 널리 받아들여지는 설명이었다.
1909년, 러더포드는 원자 질량의 대부분이 원자핵으로 매우 치우쳐 있음을 발견했으며, 이는 또한 양전하를 띤 것으로 밝혀졌다. 따라서 건포도 푸딩 모형은 원자 구조를 설명 할 수 없다는 것이 1911 년의 그의 분석에서 분명해졌다. 러더퍼드 대학의 박사 과정 학생인 보어는 1913년에 원자의 새로운 모델을 제안했다. 전자는 고전적인 주기로 핵을 돌았고 각운동량의 이산 값을 단위 h / 2π로 양자화 할 수있었다. 이 제약 조건은 특정 값의 전자 에너지 만 자동으로 허용했다. 원자의 보어 (Bohr) 모델은 기저 상태 (아래에 상태가 없다고 선언함으로써)에서 방사능으로 인한 에너지 손실 문제를 해결했으며, 더 중요한 것은 스펙트럼 선의 원리를 설명했다는 것이다.
톰슨의 발견 직후, 한타로 나가오카는 전자 구조에 대한 다른 모델을 제시했다. 건포도 푸딩 모델과는 달리 나가오카의 "토성고리 모형"의 양전하는 토성의 고리를 연상케하는 원형 궤도로 전자를 끌어 당기는 중심핵에 집중되었다. 당시 나가오카의 모형에 주목한 사람은 거의 없었으며 나가오카 자신도 개념상 근본적인 결함을 인지했다. 즉 고전적으로 이 모델에서 전하가 가속하기 때문에 전자기파의 형태로 에너지를 방출하며 때문에 에너지를 잃게된다. 그럼에도 불구하고 토성고리 모델은 동시대의 어떤 이론보다 현대 이론과 공통점이 많았다.
원자
atom이라는 낱말은 언어적으로 고대 그리스어에 뿌리가 있을 뿐만 아니라, 그 추상적 개념은 이미 기원전 5세기에 고대 그리스 철학자 데모크리토스가 쓴 것이다. 이러한 어원대로라면 당대에 알고 있는 가장 작은 기본 단위(현재는 쿼크와 렙톤)가 원자가 되어야 마땅하겠지만, 물리학과 화학에서는 이 항목의 정의에 따른다.
핵 (수학)
수학에서, 어떤 사상의 핵(核, )은 0의 원상의 포함 사상으로 생각할 수 있는 특별한 단사 사상이다. 범주론을 통해 추상적으로 정의할 수 있으나, 적절한 조건을 만족시키는 구체적 범주에서는 특정 원소의 원상의 포함 함수가 된다.
이온
이온은 원자,분자의 범위에서 정의되므로 '원자의 경우'와 '분자의 경우'로 나누어 분류하기도한다.단 하나만의 원자를 가지고 있는 이온은 단원자 이온(monatomic ion), 수산화 이온이나 시안 이온처럼 둘 이상의 원자가 합쳐져 만든 이온을 다원자 이온(polyatomic ion)이라 한다.
제1정규형
허그 다윈과 크리스토퍼 J. 데이트는 에드거 F. 커드의 "원자성을 갖는 값"의 정의가 모호하며, 이런 모호성이 1NF를 이해하는데 크게 방해된다고 제안하였다. "값이 나뉘지 않아야 한다"라는 정의에 해당하는 데이터형이 아래와 같은 이유로 거의 존재하지 않기 때문에 문제가 많다:크리스토퍼 J. 데이트는 "원자성이란 "절대적인 정의가 없다"": 고 하였다. 값은 목적에 따라서 원자성을 가질 수 도 있으며, 다른 목적을 위해서 나뉠 수도 있다. 이런 의견을 받아들이면 1NF의 정의에 원자성은 관련이 없어진다. 임의의 편한 자료형(문자열, 숫자형, 배열, 테이블 등)으로 정의된 행이라도 1NF 테이블일 수 있지만, 항상 그런 것은 아니다(예를 들어서, 고객 이름을 성과 이름으로 나누어야 할 때가 있다.) 크리스토퍼 J. 데이트는 심지어 관계 값을 갖는 속성, 즉 항목 안에 테이블이 있는 경우도 드문 경우에 유용하다고 하였다.
핵폭발
모든 물질은 그 물질 고유 특성을 그대로 가진 최소단위인 원자 집합체이며, 원자는 각각 다른 특성을 가진 103종의 원소들 중 몇 개로 결합된 입자이다. 핵폭발의 원료로 쓰이는 우라늄, 플루토늄, 코발트는 원소의 한 종류이다. 핵폭발은 재래식 폭발과 달리 원자핵내의 반응에 따라 다른 원자핵이 생성되면서 발생하는 현상이다. 우라늄(U)의 원자핵에 가속된 중성자를 충돌시키면 분열하면서 높은 에너지와 더불어 감마선 등의 방사선과 평균 2개의 중성자가 방출된다. 이 2개의 중성자가 다시 다른 원자핵에 충돌하는 연쇄반응이 핵분열 반응이다. 히로시마에 사용된 핵연료는 우라늄(U)이고, 나카사끼에서는 플로토늄(PU)가 사용되었으며 둘 다 모두 순수한 핵분열탄으로 원자폭탄이다. 반면에 삼중수소와 중수소의 두 개의 원자핵이 모여 하나의 무거운 헬륨 원자핵을 만드는 핵융합을 이용한 것은 수소폭탄이다.
원자 번호
기호 "Z"가 사용되며, 독일어로 "숫자"를 상징하는 에서 유래되었다. 원자 번호는 현대에 들어서 물리와 화학이 통합되기 전에는 당시 원자량에 따라 정리된 불완전한 주기율표에서 단순히 원소들의 숫자적인 위치를 나타낼 뿐이었다. 1915년이 되서야 원자번호가 핵 전하이고 물리적인 특징이라는 주장과 근거가 나와 라는 단어가 쓰이게 되었다.
일정 성분비의 법칙
일정 성분비의 법칙은, John Dalton이 세운 원자 이론의 이론적인 기초로서 기여했다. ( 원자이론은 물질이 별개의 원자을 포함하는 것이며, 각각의 원소에 대해 한 종류의 원자가 있다고 했고, 화합물들은 다른 원자들의 고정된 비율의 조합에 의해 만들어진다는 것이다) 연관된 개념은 영국의 화학자인 William Prout의 Prout's hypothesis가 있다. 그는 수소 원자가 원자의 근본적인 단위라고 주장했다. 이 가정으로부터 정수 숫자의 법칙이 얻어졌다. (원자 질량은 수소 질량의 정수배라는 법칙). 이것은 1820년과 1830년에 원자 질량에 대한 정제된 측정 방식이 개발되면서 거부되었다. 특히 Jöns Jacob Berzelius에 의해 염소의 원자량이 35.45라고 밝혀졌기 때문에, 이것은 가설에 모순이 되었다. 1920년대 이후로, 이 차이들은 동위원소들의 존재로 인해 설명되었다. 여느 동위원소들의 원자량은 정수 숫자의 법칙을 만족시키는데 매우 가깝다. 결합에너지의 차이 때문에 생긴 질량 결함이다.
원자 모형
원자 모형은 원자를 쉽게 이해하기 위해 눈으로 볼 수 없는 원자를 개략적으로 나타낸 것이다.
원자 궤도
드브로이는 전자가 입자라는 아인슈타인의 주장에 반기를 들고 전자가 파동과 입자의 성질을 모두 지녔다는 물질파이론을 개념화하였다. 오스트리아의 물리학자인 슈뢰딩거는 전자가 파동의 성질을 지녔다는 개념을 바탕으로 원자구조를 풀어내려하였다. 슈뢰딩거와 드브로이는 전자가 핵을 중심으로 정상파와 유사하게 행동한 것으로 보고, 원자를 파동 역학적으로 기술하였다.
분자
분자(分子molecule)는 두 개 이상의 비금속 원자가 화학결합에 의해 일정한 형태로 결합한 것 또는 독립된 입자로 행동한다고 볼 수 있는 원소 자체(He, Ne, Ar 등)를 의미한다. 보통 "물질의 특성을 가지는 가장 작은 입자"로 정의한다. NaCl이나 CaCl 등의 경우 '분자'라 하지 않고 '화학식 단위(formula unit)'이라 한다.
원소 (수학)
수학에서, 원소(元素 element)는 집합을 이루는 개체들이다. 원소 대신 구성원(member)라는 용어를 쓰기도 한다.
원자 번호
원자번호를 나타내는 기호인 "Z"는 독일어 단어인 (원자 번호)에서 유래된 것으로 보고 있다. 하지만 1915년 이전에도 "Zahl"(숫자) 라는 단어가 주기율표에서 원소들의 할당 번호로 사용되었다.
다원론
레우키포스는 운동을 인정하고, 그 귀결점을 충실한 것과 공허한 것으로 돌렸다. 충실이란 원자(아토몬, atomon=불가분)를 가리키며, 있는 것은 오로지 충실한 것이다. 수는 한 개가 아니고 무한(無限)인데 그 뭉쳐 있는 것이 작기 때문에 보이지 않는 것 뿐이나 이 원자나 운동도 공허가 없으면 있을 수가 없다고 하였다. 데모크리토스는 요소(要素)를 원자(atoma)와 공허(空虛=kenon)라 하였으며, 원자는 형태와 배열 그리고 위치의 차이로 달라지며, 그 원자는 공허 속에서 운동한다고 하였다. 원자와 원자가 합하면 생성이 되고 그들이 분리하면 소멸되며 또한 그들이 접촉되면 작용한다고 주장하였다. 그렇다고 하면 원자에 있어서 최초의 운동은 어떻게 하여 일어날 것인가. 이것이 원자론에 남겨진 과제였다. 그 과제를 둘러싸고 에피쿠로스(Epicouros)와 루크레티우스(Lucretius)가 나오게 되었다.
원자 모형
1923년에 루이 드브로이는 모든 움직이는 입자(특히 전자와 같은 아원자 입자) 는 파동과 같은 성질을 띤다는 것을 제안했다. 에르빈 슈뢰딩거는 이 아이디어에 매료되어 움직이는 전자의 성질을 파동으로 설명해보려 시도했다. 1926년에 발표된 슈뢰딩거 방정식은 전자를 점 입자가 아니라 파동함수로 기술한다. 그리고 그것은 보어 모델이 설명하지 못했던 많은 스펙트럼 현상을 훌륭하게 설명하였다. 비록 이 개념은 수학적으로 편리하지만 가시화하기 어려웠고 반대에 부딪혔다. 그 비판자 중의 한 사람인 막스 보른은 슈뢰딩거 방정식을 전자를 기술하는 것이 아니라 전자의 가능한 상태로 가정하여 핵 주위 주어진 위치 주변에서 전자를 찾을 확률을 계산하는 데 이용하였다.
화학 물질
원소는 특정한 종류의 원자로 이루어진 화학 물질이므로 다른 원소와의 화학 반응으로 분리해 내거나 변경시킬 수 없다. 그러나 핵반응을 통하여서 다른 요소로 변형시킬 수 있다. 특정 원소 안의 모든 원자가 같은 수의 양성자를 갖고 있지만 다른 동위 원소에 다른 수의 중성자를 가지고 있을 수 있다. 120개의 원소가 알려져 있고 그 가운데 80개가 안정적이다.
G-상수
여기서 formula_3는 원자핵 혹은 핵자가 스핀을 통해 발생시키는 자기 모멘트를 말한다. formula_4는 해당 입자의 스핀 각운동량을 말한다. formula_5은 핵 마그네톤을 말하며, e는 기본전하량, formula_6는 양성자의 정지질량을 말한다. 핵의 g-상수는 1에 가까운 값으로 아래 표에서와 같이 원자핵마다 고유한 값이 정해져 있다. 양성자의 경우 스핀 자기 모멘트의 g-상수는 2.79이며, 중성자의 경우 -1.93이다.
원자 질량 단위
1961년 전에는 물리에서의 amu가 산소-16 원자의 로 정의되고, 화학에서는 평균적 산소 원자의 로 정의되었다. 두 단위 모두 현재의 원자량단위보다 작다. 물리학에서는 1960년, 화학에서는 1961년 현재의 단위를 도입했다.
원소 (화학)
근대에 와서 영국의 과학자 돌턴이 원으로 된 원소기호를 고안하였고, 그 뒤 베르셀리우스가 오늘날 쓰이는 기호를 처음 제안하였다. 다음은 베르셀리우스의 원소 이름 붙이기 규칙이다.
길이
N.H.D. 보어의 원자이론에서 설정한 전자궤도의 기본 반지름이다. 수소원자의 전자가 가지는 최소에너지에 해당하는 반지름으로 원자크기의 기준이 된다.
원자가
원자가(原子價)는 어떤 원자가 다른 원자들과 어느 정도 수준으로 공유 결합을 이루는가를 나타내는 척도이다. 예를 들면 탄소의 원자가는 4이고 수소의 원자가는 1이다. 보통 formula_1로 표시하며, 전이금속이 아닌 저주기 원소의 경우에는 옥텟 규칙을 따라 최외각 전자의 수와 8의 차이만큼이 원자가가 되는 경우가 많다. 전이 금속 이온들은 2개 이상의 원자가를 가지고 있기 때문에 전장이 걸리면 원자가 교환이 일어나면서 전자전도가 일어난다. 이러한 것을 호핑전도 플라론전도 라고 한다.
현대 화학
톰슨에 의해 전자가, 러더퍼드에 의해 원자핵이 발견되면서 멘델레예프가 발견한 원자량의 규칙성에 대한 비밀이 벗겨지게 되었다. 그 후 짧은 기간 동안 30여 개의 새로운 원소들이 발견되었는데, 이들 중에는 화학적 성질은 거의 동일하고 원자량만 다른 원소들도 있었다. 이 많은 원소들을 주기율표에 첨가하는 것에 대해 과학자들이 고민하고 있을 때, 1913년 프레더릭 소디에 의해 동위 원소의 개념이 도입되었다. 즉, 원자량만 다른 원소들을 동위 원소로 묶은 것이다.
원자핵
원자량의 기준이 되는 1원자 질량 단위(amu= atomic mass unit의 약자)는 탄소의 동위 원소인 12C의 원자 1개의 질량의 1/12로서, 실제로는 1.6605655×10-24g이다. 따라서 어떤 원소의 원자량이란 이 질량을 1로 할 때 값이다.
원자 (순서론)
최소 원소를 갖는 상대적 원자 집합은 원자 집합이다. 모든 유한 부분 순서 집합은 상대적 원자 집합이며, 따라서 최소 원소를 갖는 유한 부분 순서 집합은 원자 집합이다.
아원자 입자
아원자 입자(亞元子 粒子, subatomic particle)는 원자보다 작은 입자 혹은 원자를 구성하는 기본 입자를 말한다.
원자 질량
상대 동위 원소 질량()는 원자 질량()가 원자 질량 단위()으로 표기될 때 같은 수치를 가진다는 점에서 유사하다. 두 개념의 유일한 차이점은 상대 동위원소 질량은 단위가 없는 순수한 숫자라는 것이다. 이러한 단위의 상실은 탄소-12 원자를 표준으로 하여 그 비율을 나타내었기 때문이다. 그리고 "상대 동위원소 질량"에서 "상대()"의 단어는 위의 ^{12}_{6}C 원자에 대한 상대 척도()를 나타낸다.
상 (물리학)
위에서는 소금이 아주 작은 입자로 구성되어 있다고 하고 물질의 변화를 생각해 보았는데, 일반적으로 물질은 어떻게 구성되어 있는지 알아보자. 물질을 구성하고 있는 입자에는 원자·분자·이온 등이 있다.원자는 처음에는 물질을 구성하는 가장 작은 입자로 생각되었지만, 현재 원자는 그보다 작은 기본입자라고 불리는 여러 가지 입자로 구성되어 있다는 것이 알려져 있다. 이온은 원자가 (＋)나 (－)의 전기를 띤 것이다. 분자는 기체에서 흔히 볼 수 있듯이, 2개 이상의 원자가 결합하여 한 쌍이 되어 행동하는 것을 말한다.
역학 (물리학)
이렇게 에너지의 전달을 설명하기 위해 시작된 양자 역학은 원자에 대한 연구가 진척됨에 따라 원자 이하의 물질들이 보이는 여러 현상을 설명하는 학문으로서 자리잡게 되었다. 1905년 아인슈타인은 광자가 양자화되어 있다는 것을 밝혔고, 1913년 닐스 보어는 수소의 방출 스펙트럼을 양자화된 전자의 에너지 준위로서 설명하였으며, 루이 드 브로이은 운동하는 물체역시 파동으로서 서술할 수 있다는 것을 밝히고 물질파를 도입하였다.
1927년 베르너 하이젠베르크는 불확정성 원리를 발표하였다. 운동하는 미시적 입자의 위치와 운동량을 동시에 측정할 수 없다는 불확정성 원리로 인해 원자 이하의 입자에 대한 관찰은 확률에 의할 수 밖에 없다는 것이 밝혀졌다. 원칙적으로 위치의 불확정성과 운동량의 불확정성의 곱은 플랑크 상수보다 작아질 수 없다. 이에 따라 에르빈 슈뢰딩거는 원자핵에 묶인 전자의 움직임을 입자로서 설명하는 것을 버리고, 파동으로서 설명하는 슈뢰딩거 방정식을 수립하였다. 슈뢰딩거 방정식은 하나의 전자가 원자핵 주변에서 점 또는 미소 공간에 존재할 확률을 제시한다. 닐스 보어는 관찰자가 어떠한 방식으로 실험을 하는 지에 따라 물체가 입자 또는 파동의 성질을 보일 수 있다는 상보성 원리로서 불확정성 원리를 설명하였다.
원자 궤도
오비탈은 양자역학적으로 규명된 원자의 모양이다. 양자역학에 의해 핵 주위를 도는 전자의 정확한 위치는 존재하지 않으며 알아낼 수 없고 오로지 확률만을 측정할 수 있을 뿐이라는 것이 밝혀졌다. 오비탈을 전자구름이라 칭하는 이유도 여기에서 나온다. 전자들은 정확한 궤도를 도는 것이 아니라 핵 주위에 확률로서 존재한다. 물리적 계산을 통해 도출된 '각 지점에서의 전자발견 확률'을 점으로 표시하면 점들에 의해 핵 주위에 구름이 퍼져있는 것처럼 보이게 된다. 즉, 전자를 확률적으로 나타낸 원자모양이 마치 구름을 형성한 것처럼 보이기 때문에 전자구름이라고 칭한다.
원자성
원자성(atomicity)은 어떤 것이 더 이상 쪼개질 수 없는 성질을 말한다. 어떤 것이 원자성을 가지고 있다면 원자적(atomic)이라고 한다. 어떠한 작업이 실행될때 언제나 완전하게 진행되어 종료되거나, 그럴 수 없는 경우 실행을 하지 않는 경우를 말한다. 원자성을 가지는 작업은 실행되어 진행되다가 종료하지 않고 중간에서 멈추는 경우는 있을 수 없다.
물질
양성자, 중성자, 전자가 원자를 이루는 물질이라 정의할 수 있다. 그러나 이러한 입자들 역시 가장 작은 물질의 기본 단위는 아니다. 이들은 다시 쿼크와 경입자과 같은 페르미온으로 분해될 수 있다. 표준 모형에서는 페르미온을 물질의 최소 단위로서 정의한다. 한편, 또다른 기본입자인 보손은 물질을 이루지 않으며 에너지만을 전달한다.
근대 화학의 성립
라부아지에는 실험을 통해 로버트 보일이 주장했던 원소의 개념을 보다 명확히 하여 ‘원소란 현재까지의 어떤 수단으로도 분해할 수 없는 물질’로 정의하였다. 따라서 원소는 잠정적인 상황일 수 있으며, 분해 기술이 발달하게 되면 화합물로 밝혀질 수도 있는 여지를 갖고 있었던 것이다. 라부아지에은 약 33종을 원소로 보았는데, 그 중에는 당시의 실험 수준으로는 분해할 수 없었던 산화물도 포함되어 있었다. 라부아지에가 주장한 원소는 과거 그리스 시대부터 내려왔던 원소와 매우 다르다. 그가 생각했던 원소는 추상적인 개념이 아니라 ‘화학 분석에 의해 도달할 수 있는 실체’였다.
핵자
핵자(核子, ) 혹은 핵알은 원자핵을 구성하고 있는 양성자와 중성자 등을 총칭하여 부르는 말이다. 양성자와 중성자는 아이소스핀 formula_1 = 1/2인 이중항(doublet)을 구성한다. 두 핵자 사이에는 핵력이 작용하나, 둘 사이의 거리가 가깝지 않다면 그 힘을 무시할 수 있다.
원자 질량
원자 질량("m",)은 원자의 질량이다. 단위는 결합이 없는 안정한 상태의 탄소-12 원자 질량의 1/12을 1u로 정의한 원자 질량 단위(, , 기호: u, Da)를 사용한다. 원자들의 대부분의 질량은 원자핵의 양성자와 중성자가 차지하고 그 값은 질량수에 근접한다.
근대 화학의 성립
돌턴은 이 기체들을 라부아지에가 말한 원소로 간주하고, 이러한 원소들은 ‘각각 일정한 성질과 질량을 가진 원자라고 하는 작은 입자로 이루어져 있다’고 여겼다. 그리고 화합물은 ‘서로 다른 종류의 원자가 결합한 입자로 이루어져 있다.’고 보았다. 또한, 원자는 파괴되거나 창조되지 않는다고 생각하였다.
원자력
핵분열로 생긴 중성자를 이용하여 어느 세대의 처음에 있었던 중성자 수에 대하여 그 세대의 마지막에 있는 중성자 수의 비, 즉 증배계수가 1이 되는 임계상태를 지속적으로 유지할 수 있도록 연쇄반응을 조절, 운전하는 장치가 원자로이다. 다시 말해서 원자로는 우라늄(U), 플루토늄(Pu), 토륨(Th) 등이 핵분열성 물질을 연료로 사용하여 그 핵분열의 연쇄반응을 제어하면서 에너지를 끄집어 내거나 강한 중성자원을 만드는 장치이다.
물질
국제도량형총회의 산하기관인 국제도량형사무국은 물질에 대해 "존재의 총합"이란 용어로서 정의하고 있다.
물리학이나 화학에서는 물질을 원자나 분자의 집합체로서 정의한다. 이 정의는 국제도량사무국의 정의에 일부 부합하는 것이긴 하나 몰 단위가 고려되지 않는 다는 점에서 다르다. DNA와 같은 물질은 원자와 분자로 결합되어 있다. 그러나 DNA를 다룰 때에는 몰 단위로서 파악하는 것은 의미가 없다. DNA를 통해 세대에서 세대로 유전되는 형질 등을 연구할 때 중요시 되는 것은 DNA의 염기서열과 같은 것이다. 또한 원자와 분자의 결합으로 물질을 설명하는 것에는 분명한 한계가 있다. 즉, 원자보다 작은 입자인 전자, 양성자, 중성자 등과 이를 이루는 기본입자등을 다루는 경우와 플라스마, 전해질과 같은 이온 물질에 대해서는 별도의 정의가 필요하다.
원자 질량
원자 질량은 한번에 하나의 동위원소 또는 핵종의 원자의 질량으로 정의되며 존재도에 대한 가중 평균치가 아니다. 그러므로 화학 원소의 동위 원소나 핵종의 원자 질량 또는 상대 동위 원소 질량은 매우 정밀하게 측정할 수 있는 숫자이다. 그러한 핵종의 모든 시료들은 다른 시료들과 정확하게 동일할 것으로 예상되고 같은 에너지 준위의 모든 원자들의 핵종에 대한 모든 시료들 또한 다른 시료들과 정확히 동일할 것으로 예상되기 때문이다. 예를 들어, 산소-16의 모든 원자들은 다른 모든 ^{16}_{8}O의 원자들과 정확히 동일한 원자 질량을 가질 것으로 예상된다.
원자 모형
원자 안에 전자가 박혀 있는 형태. 원자는 전기적으로 중성이므로 같은 양의 양전하가 있어야 한다. 교과서 및 많은 글에서 건포도처럼 박혀 있다는 식의 표현이 나와서 전자가 움직임 없이 정지되어 있는 듯한 인상을 주나 실제로는 전자가 그 상태에서 움직일 수 있는 모델이다.
원자핵
원자 1개의 질량은 매우 작아서 보통 실험실에서 쓰이는 그램 단위의 질량을 차지하는 원자나 분자의 수는 10∼10개의 집단으로 되어 있다. 따라서 원자 1개의 정확한 질량을 이용하여 물질의 연구를 진행하는 것은 비실용적이다.
사원소설
그는 고대 원자론을 확립, 거기서 충만과 진공(眞空)을 구별하였다. 충만은 무수한 원자로 이루어지고, 이들 원자는 모양·위치·크기와 같이 기하학적으로 구별된다고 했다. 그러나 이 원자론은 실험이나 관찰에 기초를 두지 않은 사고의 산물이었으므로 더 이상 발전하지 못하였고, 원자론자들의 무신론적 태도로 인해 원자론은 오랫동안 종교로부터 배척을 받았다.
원자 질량 단위
접두어 'unified'가 없는 amu는 산소에 그 정의를 두고 있다가 1961년에 바뀌었다. 그러나, 많은 매체에서는 여전히 'amu'라는 용어를 사용하고 있지만 현재는 ^{12}_{6}C 를 기준으로 한 u를 사용한다. 이러한 관점에서 대부분 '원자 질량 단위'와 'amu'를 사용하지만 오늘날은 '통일된 원자 질량 단위'로 본다. 특정한 원자핵의 표준화를 위해서 ^{12}_{6}C 와 ^{16}_{8}O 중 하나가 선택돼야 한다. 왜냐하면 질량 결함으로 인하여 원자핵의 평균 질량이 핵자 수에 의존하기 때문이다.
원자 궤도
1920년에는 이미 정류파에 대한 물리적 원리들이 잘 알려진 상태였다. 슈뢰딩거는 초기에 는 자신의 이론이 타당한지 확신을 가지지 못하였지만 수소를 포함한 다른 원자들의 실험 결과가 자신이 주장한 원자모양을 가지고 수학적으로 계산이 가능하였음을 입증하였다. 그가 원자모형을 계산한 방정식을 ‘슈뢰딩거 방정식’이라고 부르며, 그 형태는 다음과 같다.여기서 ψ는 파동함수, 즉 삼차원공간 x,y,z축 에 대한 전자의 위치를 좌표로 나타낸 함수를 의미한다. Ĥ는 연산자인데 이는 수학적인 지시 사항으로 연산자의 수식항들을 파동함수에 대입하면 원자의 전체 에너지를 구할 수 있다. 그리고 E는 원자의 전체에너지(전자와 양성자의 인력에 의한 위치에너지 + 전자의 운동에너지)로 이 방정식을 풀면 여러 개의 해를 얻게 된다. 여기서의 파동함수 ψ를 궤도함수(오비탈)이라고 부른다.
원자량
원자량(atomic weight,原子量), 또는 상대 원자 질량(relative atomic mass)은 특정 환경 하에서 해당 원소의 동위 원소의 존재 비율에 따라 가중평균한 질량을 말한다. 주기율표에는 지구 지각이나 지구 대기권을 기준으로 한 값을 말한다.
원자적 행위
원자적 행위(atomic action)의 기본적인 의미는 더 이상 나누어 질 수 없는 하나의 행위이다. 전산학에서는 수행 도중 중단될 수 없는 하나의 동작 단위를 뜻하며, 운영 체제와 데이터베이스 분야에서 이 용어를 자주 쓴다.
전형 원소
전형 원소(typical element, 典型元素)는 화학 계열의 하나로, 원자번호 1-20, 31-38, 49-56, 81-88 구간에 위치한 마흔네 원소들을 일컫는 말이다. 이 이름은 원래 원소들을 분류하던 초기에 족별 성질이 극명하게 드러나는 대표적인 원소들을 총칭해서 부르는 말이었으나, 이후 개념이 약간 변형되어 오늘에 이르고 있다. 상대적인 개념으로 전이 금속이 있으며, 요즘은 이 용어를 잘 사용하지 않는다.
원자 궤도
이 동작은 주기율표의 구조를 담당한다. 표는 여러 행 ( '주기')으로 나눌 수 있으며 맨 위에 1부터 번호가 매겨져 있다. 현재 알려진 원소는 7주기 까지 채워졌다. 특정 주기에 숫자 i가 있으면, 그것은 가장 바깥 쪽의 전자가 i 번째 껍질에 속하는 원소로 구성된다. 닐스 보어 (Niels Bohr)는 전자 에너지 준위의 주기적인 충진으로 원소의 성질에있는 주기성이 설명되어 원자의 전자 구조가 형성된다는 것을 처음으로 제안했다.
원자 질량
^{12}_{6}C 원자 이외의 핵종은 자연수() 값의 상대 동위 원소 질량을 갖지 않는다. u 또는 Da 로 표현된 핵종도 마찬가지로 ^{12}_{6}C 원자 이외에는 자연수 값을 갖지는 않지만 항상 자연수에 가깝다.
원자 궤도
오비탈(파동함수, 원자궤도함수)이란 무엇인가? 파동함수는 그 자체로 어떠한 의미를 가지는 것은 아니나 파동함수의 제곱값은 확률이라는 특정한 의미를 가진다. 즉, 파동함수의 제곱값은 특정한 점 근처에서 전자가 발견될 확률이다.또, 파동함수의 제곱을 이용하여 두 점에서 전자가 발견될 확률의 비 역시 구할 수 있다.두 지점에서 파동함수의 제곱의 비 역시 전자가 어느 위치에 존재 할 것인지, 두 점 사이를 어떻게 이동하는지에 대한 정보는 알려주지 않고 오로지 확률만을 알려준다. 전자의 위치와 운동량은 알려주지 않는 이러한 애매한 상태는 하이젠베르크의 불확정성의 원리와 일치한다.
원자핵
1912년 어니스트 러더포드가 현대적인 원자핵의 정의를 제안하였다. 하지만 용어의 사용이 곧바로 보편화되진 않았다.
극성 (화학)
극성(極性, Polarity)이란 화학에서 이중극자 혹은 그 이상의 다중극자를 갖는 분자나 분자단에서 나타나는 전하의 분리를 의미한다. 일반적으로 두 개 이상의 원자로 이루어진 분자의 구조적 비대칭성이나 구성 원자간의 전기 음성도차이에 의하여 전자구름이 한 방향으로 몰려서 생겨나는 이중극자 모멘트로서 표현하기도 한다. 극성은 비교적 고정되어 있으며 정전기적 인력에 의한 이중극자간 상호작용 혹은 수소 결합등을 통해 극성 분자간의 상호작용이 일어난다. 용해도, 녹는점, 끓는점등의 분자의 다양한 물리적 성질을 설명하는데 사용된다. 양전하를 띠는 원자핵이 얼마나 노출되었는지를 지표로 사용하기도 한다.
원자 번호
각각의 원소는 중성 원자에 존재하는 전자의 수, 즉 Z (원자 번호)에 따라 특정한 화학적 특성을 가진다. 전자 배치는 양자역학의 원리를 따른다. 각 원소의 전자껍질에 있는 전자들, 그중에서도 가장 바깥 껍질에 있는 최외각전자의 수는 화학 결합을 결정하는 중요한 요인이다. 따라서 원소의 화학적 특성을 결정하는 것은 원자 번호 뿐이다. 그러한 이유로 원소는 동일한 원자 번호를 가지는 원자들의 집합으로 정의내릴 수 있다.
원자주의
원자주의 (原子主義, atomism)는 "모든 물질은 매우 작은, 분할 불가능한 입자 (Atom, 원자)로 구성되어 있다"는 가설, 이론, 주의 등의 일.
탄소
탄소(炭素←, )는 비금속인 화학 원소로, 기호는 C(←)이고 원자번호는 6이다. 원자가 전자는 4개이다. 존재하는 동위 원소는 총 3개로, C와 C는 안정적인 동위 원소지만 C는 반감기가 약 5730년인 방사성 동위 원소이다. 탄소는 아주 오래 전에 존재가 밝혀진 원소들 중 하나이다.
입자
입자(, particle, corpuscule, 粒子)는 물리적 성질과 화학적 성질을 가진 작은 물체이다. 원자보다 작은 아원자 입자, 원자나 원자 몇 개 단위로 구성된 미시적 크기의 미립자, 거시적 크기의 밀가루와 같은 입자 등으로 나뉜다.
원자 모형
1918년에 어니스트 러더퍼드는 질소기체에 알파 입자를 충돌시키고 수소 원자 핵이 기체에서 나오는 것을 관찰하였다. 러더퍼드는 수소 핵은 질소 원자의 핵에서 나온 것이라고 결론지었다. (사실상, 그는 원자를 쪼개었다.) 그는 나중에 어떤 원자의 양전하든지 수소 핵의 개수와 동등하다는 것을 알았다. 수소 원소가 가장 가벼운 원소라는 사실과 다른 모든 원소의 원자량이 대략 수소의 원자량의 몇 배라는 사실에서 그는 수소 핵은 한 개의 입자이며 모든 원자 핵의 기본적인 구성 요소라고 결론지었다. (이것이 양성자이다.) 이후에 러더퍼드는 실험을 통해 대부분의 원자들의 핵 질량이 그것이 가진 양성자의 질량을 넘는다는 것을 알게 되었다.
원자력
이렇게 안정한 상태의 원자핵에 중성자를 충돌시키면, 원자핵은 길쭉한 타원 형태로 변형이 일어난다. 그 결과 핵력과 전기력 사이의 균형이 깨지면서 원자핵은 비슷한 질량을 가진 두 개의 원자핵으로 쪼개진다. 이러한 현상을 '핵분열'이라고 한다. 핵분열은 대체로 우라늄같이 무거운 원소의 원자핵들에서 쉽게 일어나는데, 이러한 물질을 '방사성원소'라고 한다.
원자
하지만 러더퍼드의 원자모형은 선스펙트럼을 설명할 수 없었다. 이를 보완하기 위해 1913년 덴마크의 과학자 닐스 보어는 전자가 각기 다른 에너지를 가지는 층에 존재한다는 양자개념을 도입하여 가설을 세우고 이에 근거한 보어의 원자모형을 제시했다. 이 과정에서 양자역학이 탄생했다고 볼 수 있다.
핵
핵(核)은 어떤 것의 중심을 말한다.
결정
결정(結晶, )이란 원자의 배열이 공간적으로 반복된 패턴을 가지는 물질이다. 액체를 냉각시키면 분자들의 운동이 느려지다가, 마침내 어떤 온도 이하에서는 분자들이 일정한 배열을 이루게 되고 자유로이 돌아다닐 수 없게 된다. 이런 분자(또는 원자)들의 규칙적인 배열의 결과로 평면들로 둘러싸인 모양을 가지게 된 균일한 물질을 결정이라고 한다.
핵종
핵종(核種, nuclide)은 원자핵을 이루는 양성자 수 Z, 중성자 수 N 및 그 에너지 상태로 구분되는 원자 또는 원자핵의 종류이다.
분자
역사와 어원
원자핵
예컨대 1916년까지도 길버트 루이스는 그의 논문에서 "원자는 중심부와 테두리(껍질)로 이루어져 있다."고 표현했다.
원자핵에는 양전하를 띠는 양성자와 전하를 띠지 않는 중성자로 구성되어있다. 양성자끼리는 서로 밀어내는 힘이 작용하므로 원자핵이 안정한 상태로 존재하려면 전자기력보다 큰 힘이 핵자들 사이에 작용해야한다. 이 힘은 전자기력보다 강한 힘이라는 의미에서 강한 상호작용이라고 한다.
원자 궤도
원자의 각 궤도는 전자의 에너지, 각운동량 및 각운동량 벡터 성분 (자기 양자 수)에 각각 해당하는 3 개의 양자 수 n, ℓ 및 m의 고유 한 값 집합으로 특징 지어진다. 각각의 오비탈은 최대 2 개의 전자에 의해 점유 될 수 있으며, 각 전자는 자체 스핀 양자 수를 갖는다. 단순 궤도 s 궤도, p 궤도, d 궤도 및 f 궤도 는 각 운동량 양자수가 ℓ = 0, 1, 2 및 3 인 궤도를 나타낸다. n과 함께 쓰이는 이러한 이름들은 원자의 전자 배치를 서술하기 위해 사용된다. 그러한 전자배치는 초기 분광학자들에 의의 행해진 알칼리 금속 분광선에 대한 일련의 묘사(sharp, principal, diffuse, fundamental)에서 얻어졌다. l>3인 오비탈들은 j를 생략한 알파벳 순서(g, h, i, k, ...l대로 이어지는데, 일부 언어들이 i와 j를 구분하지 않기 때문이다.
원자 궤도
물질은 원자로 이루어져 있으며, 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있다. 그 전자가 있는 전자껍질을 원자 궤도 또는 원자 오비탈이라고 한다. 원자 궤도란 양자역학에서 원자내의 하나의 전자나 전자쌍의 파동같은 운동을 묘사하는 수학적 함수이다. 이 함수는 원자핵 주변의 특정한 영역에서 원자의 모든 전자들을 찾을 확률을 계산하는데 사용될 수 있다. 원자 궤도라는 용어는 특정 수학적 형태의 궤도에 의해 정의 된 것처럼 전자가 존재할 수있는 물리적 영역 또는 공간을 나타낼 수도 있다.
원자 (순서론)
자연수(음이 아닌 정수)의 전순서 집합 formula_24는 최소 원소 0을 가지며, 이 부분 순서 집합의 원자는 1밖에 없다. 이는 원자 집합이며, 상대적 원자 집합이며, 또한 원자성 집합이다. 보다 일반적으로, 모든 정렬 집합은 원자 집합이며, 상대적 원자 집합이며, 원자성 집합이다.
원자주의
16세기 이후, 화학이 진보해, 라보아제, 돌톤 등에 의해 물질의 구성요소로서 원소 개념이 제창되었다.
원자 궤도
"궤도 (orbital)"라는 용어는 1932 년 로버트 멀리 켄 (Robert Mulliken)에 의해 단전자 궤도 파동 함수의 약어로 사용되었다. 그러나 전자가 명확한 각운동량을 가진채 핵 주위를 돌고 있다는 생각은 적어도 19 년 전에 닐스 보어 (Niels Bohr)에 의해 설득력있게 주장되었다. 그리고 일본 물리학자 한타로 나가오카는 1904 년 전자 행동에 대한 궤도 기반 가설을 발표했다. 전자의 "궤도"의 거동을 설명하는 것은 양자 역학의 발전의 원동력 중 하나이다.
중성자
1920년대 물리학자들은 원자핵이 양성자와 전자로 이루어졌다는 모델을 받아들이고 있었다. 원자핵이 모두 양성자로만 이루어졌다고 가정했을 때 실제 원자는 그 반의 전하만 띠고 있다. 이는 "핵전자"의 존재로 설명되었는데 이 "핵전자"는 양성자의 전하를 상쇄시킨다. 14의 질소는 14개의 양성자와 7개의 전자로 이루어져 있으며 따라서 +7의 전하와 14의 원자량을 가진다고 생각했다(이는 현대에 와서 잘못된 모델로 판명된다).
근대 화학의 성립
돌턴의 원자설에는 원자가 차지하는 부피에 대한 개념이 포함되어 있지 않았다. 그 당시 돌턴의 원자설을 받아들였던 과학자 중 한 사람인 아보가드로는 돌턴의 원자설의 한계를 해결하기 위하여 고심하던 중에 한 세대 전 과학자인 보일의 법칙에 대한 논문을 접하였다. 이 논문에서 보일은 어떤 종류의 기체라도 압력과 부피의 곱은 일정하다고 주장했다. 이 주장으로부터 아보가드로는 ‘일정 부피를 취하면, 기체의 종류에 관계없이 기체의 압력은 동일할 것’이라고 여겼다. 돌턴은 기체의 압력을 같은 종류의 원자들의 수에 의해 결정된다고 보았다. 따라서 아보가드로는 ‘같은 부피 안에는 기체의 종류에 관계없이 동일한 수의 입자가 존재한다.’고 가정하였다. 아보가드로의 가설은 기본적으로 돌턴의 원자설에 그 토대를 두었다. 단지 원자설에는 포함되어 있지 않은 정보, 즉 원자가 차지하는 부피에 대한 고려를 첨가하려고 하였다. 그런데 돌턴의 원자설과 자신의 가설을 접목하는 과정에서 문제에 부딪히게 되었다. 즉, 기체 반응의 법칙에 부합하면서 같은 부피 안에 항상 같은 수의 입자가 존재하려면 돌턴의 원자가 반으로 쪼개져야 하는 것이다.
탄소-12
탄소-12는 원자 질량의 기준이 된다. 이는 1961년에 탄소-12 원자 1개 질량의 1/12를 원자 질량 단위로 하는 정의가 채택된 것이 시초이며, 현재까지 사용되고 있다. 이전까지는 산소를 이용하여 원자 질량을 정의하였으나, 물리학자들이 산소-16만을 고려한 원자 질량 단위를 사용한 반면 화학자들은 모든 산소 동위 원소의 비율을 고려한 원자 질량 단위를 사용하면서 미세한 오차가 발생하였기 때문이다. 이 정의에 따라 탄소-12의 원자 질량은 정확히 12가 되며, 이와 비교한 다른 원자들의 상대적 질량값을 원자량으로 정하게 된다.
원자핵
원자가 존재하는 확률을 나타낸 표현한 오비탈로 나타내어져 있다. 이를 통해 확률을 나타내면 원자의 경계가 뚜렷하지 않고 구름 처럼 보이므로 전자구름 모형이라고 한다.
특정 위치에서 전자가 발견될 확률을 계산하여 확률분포를 표시하면 전자가 원자핵 주위에 구름처럼 퍼져있다.
현재로써는 원자핵이 중심에 있는 원자를 가장 잘 표현한 원자모형이라고 할 수 있다.
원자핵의 영문표기인 "Atomic nucleus" 는 원자를 뜻하는 Atom에 접미사 '-ic'을 붙여 'Atomic' (원자의, 원자에 관련된)과 견과류 (nut)를 뜻하는 라틴어 nux에서 파생되어 나온 nucleus (핵, 핵심)가 합쳐져 만들어진 단어이다. 1844년 마이클 패러데이가 '원자의 중심점'을 처음 표현하였다.
원자 궤도
핵 주변의 전자의 양자 역학적 특성 때문에 원자 궤도는 양자 수라고 알려진 정수로 고유하게 정의 될 수 있다. 이 양자 수는 특정 값의 조합에서만 발생하며 원자 궤도의 실제 또는 복합 버전이 사용되는지 여부에 따라 실제 해석이 변경된다.
원질
데모크리토스는 더 이상 나뉘지 않는 원자(Atom)를 세계를 구성하는 원질로 정의하였다. 원자는 질적으로 모두 같지만 크기와 모양은 서로 다르다. 데모크리토스는 무수히 많은 원자들의 운동으로 인해 세계가 생성되었다고 주장한다. 원자가 운동하기 위해서는 허공이 있어야 한다. 데모크리토스는 원자들이 허공에서 서로 부딪히고 충돌하며, 비슷한 것들끼리 분리되는 필연적인 과정을 통해 세계의 생성을 설명했다. 철학의 근본 문제를 유(有)와 비유(非有)와 공허의 문제를 취급하는 것으로 생각한 것이다. 데모크리토스는 영혼도 원자의 운동에 불과하다고 주장했는데, 이런 점에서 그는 유물론의 선구자가 된다.
몰 (단위)
통상적으로 '입자'란 분자로 이루어진 물질의 경우 분자, 혹은 결정 따위의 경우 실험식의 단위 따위를 일컬으며, 때로는 전자, 광자 등의 수를 나타내기도 한다. 거시적 계의 입자수는 직접적으로 측정하기 어렵고, 또 측정하더라도 너무 크기 때문에, 편의상 몰이라는 새로운 측정량을 도입하였다.
원질
기본입자란 입자 물리학에서 물질을 구성하는 가장 기본이 되는 물질 요소이다. 이는 물질내부에 더 간단한 다른 입자가 없는 입자를 말한다. 현대의 용법에서 기본입자는 물질의 아원자 입자를 가리키며, 장에서 발견된 입자(또는 양자)를 가리키기도 한다. 지금까지는 렙톤(lepton)과 쿼크(quark)가 기본입자라고 알려져 있으나 단정할 수는 없다.
양자역학
양자역학이라는 새 이론은 원자와 관련된 거의 모든 것을 설명할 수 있는 탁월한 이론이었다. 학자들은 이 이론을 토대로 점점 더 많은 문제들을 풀어나갔다. 하지만 또 한편으로 이 새로운 이론은 ‘우리가 안다는 것은 도대체 무엇인가’라는 아주 근본적이고 철학적인 문제를 새로 꺼내기 시작했다.
‘불확정성의 원리’를 발표한 하이젠베르크.
원자 궤도
이 표기법은 해당 Slater 결정 요인이 구성 상호 작용 확장에서 더 높은 가중치를 가짐을 의미한다. 따라서 원자 궤도 개념은 주어진 천이와 관련된 여기 프로세스를 시각화하기위한 핵심 개념이다. 예를 들어 주어진 전이에 대해 점유된 궤도에서 주어진 비어있는 궤도로의 전자 여기(Excitation)에 해당한다고 말할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전자는 Pauli 배타 원리를 따르는 페르미온이고 원자 내의 다른 전자와 구별 될 수 없다는 것을 명심해야한다. 더욱이, 때로는 구성 상호 작용 확장이 매우 느리게 수렴하고, 단순한 하나의 결정자 파 함수에 대해 말할 수없는 경우가 있습니다. 이것은 전자 연관성이 큰 경우이다.
원질
원질을 바라보는 관점은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 우선 근세 자연과학에서 말하는 원질은 주로 양(量)화가 가능한 물질적인 개념을 일컫는다. 예를 들어 protyle은 옛날 화학에서 모든 원소의 근원 물질이라고 여겨졌던 것을 말한다. 하지만 철학적 가치론에서는 원질을 양화되지 않는 성질로 정의한다. 다시 말해 철학적인 관점에서는 원질이 사물이나 현상의 근원을 이루는 성질인, 원리의 개념으로 쓰일 수 있다. 이는 물질뿐만 아니라 동양 철학에서 말하는 이(理), 기(氣), 도(道)를 포함할 수 있는 개념이다.
원자량
원자 중에서 가장 가벼운 수소를 1로 하여 다른 원자가 수소의 몇 배가 되는지를 알면 원자의 상대적인 무게를 알 수 있다. 돌턴은 이와 같이 생각하고 원자량을 정하려고 했으나, 실험적으로 산소의 원자량을 결정하는 데는 수소와 산소가 어떤 원자수의 비로 화합하는가를 알지 못하면 정확한 값을 구할 수 없고, 또 돌턴 자신이 물이나 암모니아의 조성을 잘못 알고 있었기 때문에 그가 계산한 원자량은 그다지 정확한 것이 못 되었다.
원자
인도 유럽어에서 쓰이는 atom은 고대 그리스어 "a-tomos"에서 온 것으로서 더 이상 나뉠 수 없는("a-": 부정, "tomos": 쪼갬) 이라는 뜻을 갖고 있다. 이 뜻과는 약간 달리 동양에서 쓰이는 원자(原子)라는 한자어는 물체의 근본이 되는 것이라는 현대 물리학적 해석에 준용하여 atom을 번역한 것이라고 볼 수 있다.
원자 궤도
오비탈은 orbit(궤도)+ al(~스러운, 접미어)의 합성어로 ‘궤도스러운’이라는 의미를 가진다. 즉, 실제 궤도(orbit)는 아니지만 그와 매우 흡사한 형태와 특징을 지녔다는 것을 뜻한다. 오비탈의 특징 때문에 여러 가지 다른 명칭으로 부르기도 한다. 다른 명칭으로는 원자 궤도함수, 원자 파동함수, 전자구름 등이 있다.
에너지 등분배법칙
하나의 원자는 핵 내에 아주 강한 핵력에 의해 결합된 양전하의 양성자, 중성자, 핵 주위의 궤도를 그리며 회전하는 음전하의 전자로 구성된다. 분자 내에서 원자 결합과 관련된 에너지를 화학에너지라고 한다. 연소과정과 같은 화학 반응 동안, 일부의 화학적 결합이 생성되는 반면 일부의 화학적 결합은 파괴된다. 그 결과 내부에너지는 변한다. 핵력은 핵에 전자를 결합시키는 힘보다 훨씬 크다. 원자핵 자체 내에 강한 결합력과 연관된 거대한 양의 에너지를 핵에너지라고 한다. 물론 핵분열이나 핵융합을 취급하지 않는 한 열역학에서는 핵에너지를 고려할 필요가 없다. 화학반응은 원자 내의 전자구조의 변화를 수반하지만, 핵반응은 핵 내부의 변화를 포함한다. 따라서 원자는 화학반응 동안 그 자체의 동일성을 유지하지만 핵반응 동안에는 동일성을 상실한다. 원자는 외부의 전지장과 자기장에 노출되어 있을 때, 전기 및 자기 쌍극 모멘트 에너지를 가질 수 있는데, 이것은 궤도를 도는 전자와 연관된 작은 전류에 의해 생성된 자기 쌍극이 꼬여지기 때문이다.