전자와 양성자를 발견한 과학자들

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멘델레예프가 주기율표를 발표한 당시만 해도 과학자들은 원소를 구성하는 최소 단위를 ‘원자’라고만 알고 있었고, 원자의 모습에 대해서는 상상조차 어려웠다. 원자를 구성하는 핵과 핵 속의 양성자, 중성자 그리고 전자의 존재를 알기 시작한 계기는 1870년대 초 영국의 물리학자 크룩스(William Crookes, 1832-1919)가 음극선관을 발명하고, 1896년에 프랑스의 물리화학자 베크렐(Antoin Henri Becquerel, 1852-1908)이 방사능을 발견한 뒤부터이다. 베크렐은 ‘피치블렌드’라는 광석을 놓아두었던 사진건판이 저절로 감광되는 현상을 우연히 발견하고는, 그 원인이 피치블렌드에서 나온 ‘방사선’ 때문이라는 것을 알게 되었다.

 

 

 

크룩스와 크룩스관의 구조이다. 높은 전압을 걸었을 때 음극(cathode)에서 나온 전자가 양극(anode)으로 흐르기 때문에 가로막은 금속판(object)의 그림자(shadow가 유리관 벽에 만들어진다. 

 

당시 여러 과학자들은 크룩스가 발명한 신비스런 음극선관(cathode ray tube)을 이용하여 많은 종류의 실험을 하고 있었다. 음극선관은 오늘날 ‘크룩스관’이라고도 한다. 음극선관이란, 내부가 진공인 유리관의 양쪽에 고압의 전류를 걸었을 때, 진공관 내부에서 빛이 나도록 만든 관이다. 과학자들은 음극선관에서 빛이 발생하는 원인이 음극에서 양극 쪽으로 무언가가 나간 때문이라고 믿고, 그것을 ‘음극선’(cathode ray)이라 불렀다(당시에는 전자의 존재를 몰랐음).

 

 

한편, 독일의 물리학자 유겐 골드스타인(Eugen Goldstein 1850-1931)은 1886년에 음극선관에서 음극선만 아니라 양전하를 가진 입자도 방출된다는 사실을 발견했다. 그래서 이 입자에는 양성자(proton)라는 이름이 붙여졌다. 그 다음 해에는 영국의 물리학자 톰슨(Joseph John Thomson 1856-1940)과 그의 연구 팀이 ‘음극선은 음전하를 가진 입자의 흐름이며, 이 입자의 질량은 가장 가벼운 원자(수소) 무게의 2,000분의 1 정도’라고 발표했다.

 

그로부터 10년이 더 지난 1897년, 톰슨은 오늘날에 가까운 새로운 원자 모델을 발표했다. “원자는 양전하(+)를 가진 양성자와, 양성자의 전하를 중화시킬 정도의 음전하(-)를 가진 입자들로 이루어져 있다.”

 

뒷날 과학자들은 음전하를 가진 입자를 ‘전자’(電子 electron)라 부르게 되었고, 1909년에는 전자의 질량이 양성자의 1,837분의 1이라는 것도 밝혀냈다. 그리고 ’전류‘(電流)라는 것은 ’전자가 도체 속으로 흐르는 것‘임도 알게 되었다.

 

 

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