원자와 원소 뭐가 다르지? (2020. 7. 9)

 

 

원자와 원소는 어떻게 다른 걸까요?

보통 입자의 수를 셀 때 원자라 하고

종류를 이야기할 때 원소라 한다고 알려져 있어요.

 

그러나 원자와 원소는

그 시작부터 서로 달랐습니다.

 

고대 그리스 엠페도크레스는

세상 만물이 네 가지 원소, 물 불 흙 공기로 이루어져 있다고 주장했습니다.

하지만 각 원소 입자가 있는 것이 아니라

원소의 구성 비율에 따라 사물의 속성이 결정된다고 생각했어요.

 

아리스토텔레스는 4가지 원소인

물, 불, 흙, 공기가 각각 차고 습한 따뜻하고 건조한

차고 건조한 따뜻하고 습한 속성을 가지고 있다고 여겼습니다.

그래서 외부 작용으로 속성이 바뀌면

원소가 변할 수 있다고 생각했습니다.

 

반면 데모크리토스는 원자론을 주장했습니다.

물질은 더 이상 쪼개지지 않는 원자로 구성되어 있으며

원자는 물질에 상관없이 동일하다고 말했지요.

그러나 당시 대다수 자연철학자들은 이에 반대했습니다.

 

특히, 아리스토텔레스가 워낮론을 반대한 대표적인 사람입니다.

원자와 원자 사이에 빈 공간이 있다는 것을

인정할 수 없었기 때문인데요

물질이 없는 빈 공간은 존재하지 않는다고 생각했습니다.

 

천 년이 지나 17세기 영국의 과학자 보일이

진공의 존재를 증명하면서

데모크리토스의 원자론이 부활했습니다.

 

그러나 보일은 데모크리스토스와 달리

원자들이 한 종류가 아니라 여러 종류가 있다고 주장했습니다.

 

과학이 발전하면서 수소, 산소, 질소, 금, 철 등

다양한 원소들이 발견됩니다.

 

하지만 극소수의 사람만이 더 이상 쪼개지지 않고 눈에 보이지도 않는

원자라는 입자를 인정했어요.

 

20세기 초 아인슈타인은

물 표면에 꽃가루가 떠다니는 브라운 운동이 물 입장에 의한 것임을 증명합니다.

그는 꽃가루가 움직인 거리를 계산해서

특정 부피 안에 몇 개의 물 입자가 있는지 파악합니다.

 

이런 과학자들의 노력으로 모든 물질이 입자로 구성되어 있다는 것은

움직일 수 없는 사실이 되었지요.

 

첫 출발점은 달랐지만 이제 원소와 원자는

물질의 기본 구성 입자를 지칭하는 단어로 사용되고 있습니다.

톰슨은 원자 내부에서 마이너스 전기를 띤 입자가

튀어나오게 하는 음극선 실험을 통해 전자의 존재를 확인합니다.

 

원자는 마이너스와 플러스 전기를 띤

각각의 입자로 쪼개질 수 있음을 알게 된 것입니다.

 

톰슨의 제자 러더퍼더는 더 나아가

플러스 전기를 띤 입자가 원자의 중심에 모여 있다는 사실을 밝혀냅니다.

 

이제 원자는 플러스 전기를 띤 원자핵과

그 주변을 도는 전자로 이루어져 있다는 사실이 밝혀진 것이지요.

 

러더퍼드의 제자 채드윅은

원자핵에 플러스 전기를 띤 양성자 외에

전하를 띠지 않는 중성자가 있다는 사실을 밝혀냅니다.

 

스승과 제자, 그리고 그 제자의 발견으로

우리는 원자를 더 분명하게 알게 되었습니다.

 

양성자와 중성자가 어떻게 결합하여

핵을 구성하는가에 대한 의문은 어떻게 풀렸을까요?

 

양성자와 중성자의 결합력을 연구하는 과정에서

미국의 양자물리학자 겔만은

쿼크라는 기본 물질을 밝혀냅니다.

 

양성자, 중성자, 전자를 넘어 쿼크의 발견을 통해

물질을 이루는 기본 입자인 원자에 대해 자세히 알게 되었습니다.

그 바탕에는 많은 과학자들의 노력이 숨어 있었지요.

앞으로 원자에 대한 또 어떤 발견들이 펼쳐질까요?