톰슨의 원자 구조 모델이란?

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톰슨(Thomson)의 원자 구조 모델

 

 

존 돌턴(John Dalton 1766-1844)은 1808년에 ‘모든 물질을 구성하는 가장 기본 단위가 원자’라고 하는 원자설을 발표했다(돌턴의 원자설 참조). 영국의 물리학자인 윌리엄 크룩스(William Crookes 1832-1919)는 1870년대 초에 크룩스관이라 불리는 진공관의 일종인 음극선관(cathode ray tube)을 발명했다. 내부가 진공인 유리로 만든 크룩스관의 음극에 고압의 전류를 걸면, 음극에서 양극 쪽으로 음극선(전자의 흐름)이 흐른다. 뢴트겐은 이런 크룩스관 실험을 하던 중, 1895년에 엑스선을 발견했다(뢴트겐의 엑스선 참조).

 

1886년 독일의 물리학자 유겐 골드스타인(Eugen Goldstein 1850-1931)은 음극선관에서는 음극선만 아니라 양전하(+)를 가진 입자도 방출된다는 사실을 발견했다. 그래서 이 입자에는 양성자(proton)라는 이름이 붙여졌다. 그 다음 해, 영국의 물리학자 조지프 존 톰슨(Joseph John Thomson 1856-1940)은 ‘음극선이란 음전하(-)를 가진 입자의 흐름’이라고 결론을 지었다.

 

이어 톰슨은 1897년에 “원자는 양 전하를 가진 양성자와, 양성자의 전하를 중화시킬 정도의 음전하를 가진 입자로 이루어져 있다.”는 원자의 모형(Thomson's Model of Atom)을 처음으로 발표했다. 뒷날 음전하를 가진 입자는 ‘전자'(電子 electron)라고 부르게 되었고, 1909년에는 전자의 질량이 양성자의 1837분의 1이라는 것도 알게 되었다(밀리컨의 유적실험 참조). 그리고 '전류'는 도체 속으로 전자가 흐르는 것임을 알게 되었다.

 

톰슨이 처음 제안한 원자의 모형은 그의 제자였던 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford 1871-1937)가 1911년에 내놓은 훨씬 발전된 모델로 대체되었다(러더퍼드의 원자모델 참조). 톰슨은 동위원소도 발견했으며, ‘질량분석계’라는 실험장치도 발명했다. 그는 1906년에 노벨 물리학상을 받았다. 

 

 

 

 

내부를 진공으로 만든 크룩스관의 음극에 고압 전류를 걸면 음극선(전자)이 나와 양극쪽으로 흐른다. 십자로 된 금속을 앞에 놓으면 음극선의 그림자가 생긴다.

 

 

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