원자의 구성 입자와 원소의 기 원 원자를 구성하는 입자의 종류와 성질을 설명할 수 있다. 원자의 구성 입자를 비교하여 원자의 공통점과 차이점을 설명할 수 있다. 빅뱅 우주로부터 원소의 생성 과정을 설명할 수 있다. 학습 목표

원자를 구성하는 입자 원자의 구성 입자와 원소의 기 원 ( 가 )~( 다 ) 의 결과를 통해 음극선의 성질을 예측하여 토의해 보자. 1 자료 해석 음극선의 성질 전자의 발견 ( 가 ) 진공관 내부에 물체 를 놓아 두면 음극선에 의해 그림자가 생긴다. ( 나 ) 자석을 갖다 대면 음극선이 휘어진다. ( 다 ) 진공관의 중간에 바람 개비를 놓아 두면 음극선에 의해 바람개비가 회전한다. → ( 가 ) 음극선이 진행하는 곳에 방해물을 놓았을 때 그림자가 생긴다. 따라서 음 극선은 빛의 성질을 가지고 있어서 빛에너지를 가지고 있다. 그리고 (-) 극에 서 나와 (+) 극으로 직진한다. → ( 나 ) 자석은 자기장을 만들고 전하가 지나갈 때는 힘을 받아 전하가 가는 길이 휘게 된다. 따라서 음극선은 전하를 띤다. → ( 다 ) 음극선이 진행하는 곳에 바람개비를 놓았을 때 바람개비가 돌아간다는 것은 바람개비에 입자가 부딪쳤다는 것을 뜻한다. 따라서 음극선은 입자이다.

(1) 음극선의 관찰 : 1897 년 톰슨은 (-) 극에서 (+) 극으로 흐르는 음극선 관찰 음극선 : 질량을 가지며 (-) 전하를 띤 입자의 흐름 전자 : 음극선을 이루는 입자로, (-) 전하를 띤다. (2) 톰슨의 원자 모형 : (+) 전하가 고르게 분포된 공 속에 (-) 전하를 띠는 전자 가 여기저기 박혀 있는 원자 모형 원자를 구성하는 입자 원자의 구성 입자와 원소의 기원 ▲ 돌턴의 원자 모형 ▲ 톰슨의 원자 모형 원자는 더 이 상 쪼갤 수 없 다. 원자 내에는 더 작은 입자인 전 자가 있다.

(1) 러더퍼드의 α 입자 산란 실험 원자를 구성하는 입자 원자의 구성 입자와 원소의 기원 원자핵의 발견 [ 실험 결과 ] 대부분의 α 입자는 얇은 금박을 통과하고 그대로 직진하였다. 일부의 α 입자는 얇은 금박을 통과한 후 작은 각도로 휘어졌다. 매우 적은 수의 α 입자는 얇은 금박에 부딪쳐서 90° 이상의 큰 각도로 튕겨 나왔다. ▲ 실험 장치 ▲ 리더퍼드의 결론

(2) 원자핵 : 원자 속에서 (+) 전하를 띠는 부분 ⇒ 러더퍼드는 매우 적은 수의 α 입자가 90° 이상의 큰 각도로 튕겨 나오는 것을 근거로 (+) 전하를 띤 입 자가 매우 작은 부피 속에 모여 있다고 생각함 (3) 러더퍼드의 원자 모형 : 원자의 대부분은 빈 공간이고, (+) 전하를 띤 원자 핵이 중앙에 위치하며 원자핵 주위를 (-) 전하를 띤 전자가 빠르게 회전하 고 있는 원자 모형 원자를 구성하는 입자 원자의 구성 입자와 원소의 기 원 ▲ 톰슨의 원자 모형▲ 러더퍼드의 원자 모형 원자 중앙 에 (+) 전하 를 띤 원자 핵이 있다.

(1) 원자의 구성 입자 : 전자, 양성자, 중성자 양성자의 발견 : 골트슈타인이 (+) 전하 를 띤 입자들로 구성된 양극선 관찰, 그 후 러더퍼드는 양극선이 양성자의 흐름 임을 확인 중성자의 발견 : 채드윅이 α 입자를 베릴 륨의 원자핵에 충돌시켰을 때 투과력이 강하고 전기적으로 중성인 입자 ( 중성자 ) 를 발견 원자를 구성하는 입자의 성 질 원자의 구성 입자와 원소의 기 원 원자의 구성 입자 (2) 원자 내 구성 입자들의 성질 구성 입자질량 (g) 상대적인 질량전하량 (C) 상대적인 전하 원자핵 양성자 1.673X X 중성자 1.675X 전자 9.109X X10 -19

원자를 구성하는 입자의 성 질 원자의 구성 입자와 원소의 기원 각 원자 1 개를 구성하는 입자에서 나타나는 공통점은 무엇인가 ? 종류가 다른 원자의 구성 입자를 비교하였을 때 나타나는 차이점은 무엇인가 ? 2 자료 해석 원자의 공통점과 차이점 ◆ 원자 번호 = 양성자 수 = 전자 수 ( 중성 원자의 경우 ) ◆ 질량수 = 양성자 수 + 중성자 수 다음 표는 원자 1 개를 이루는 구성 입자에 대한 자료를 나타낸 것이다. 원자원자 번호양성자 수중성자 수전자 수질량수 수소 (H) 탄소 (C) 질소 (N) 산소 (O) 철 (Fe) → 모든 원자에서 양성자 수와 전자 수가 같다. 양성자의 (+) 와 전자의 (-) 의 수가 같으므로 모두 중성이다. 양성자 수와 중성자 수를 더하면 질량수가 된다. → 서로 다른 원자끼리는 양성자 수와 전자 수가 다르다.

(1) 원소의 표시 원자를 구성하는 입자의 성 질 원자의 구성 입자와 원소의 기 원 원소의 표시와 동위 원소 1 다음의 각 원소를 질량수와 원자 번호를 표시하여 나타내 보자. 2 의 양성자, 중성자, 전자의 개수를 각각 구해 보자. → 양성자 수 : 11, 중성자 수 : 12, 전자 수 : 11 질량수 = 양성자 수 + 중성자 수 원자 번호 = 양성자 수 원소 기호 구분 HeLiBeBFNe 양성자 수 중성자 수 원소 표시

(2) 동위 원소 : 양성자 수는 같으나 중성자 수가 달라 질량수가 다른 원소 예 : 수소의 동위 원소에는, ( 중수소 ), ( 삼중 수소 ) 가 있다. ⇒ 모두 양성자가 1 개이므로 화학적 성질은 같지만, 중성자 수가 달라서 녹는 점이나 끓는점 등 물리적 성질이 다르다. 원자를 구성하는 입자의 성 질 원자의 구성 입자와 원소의 기원 ▲수소▲중수소▲삼중 수소

(1) 빅뱅 : 처음에 시간과 공간이 태어난 대폭발 (2) 소립자의 생성 : 빅뱅 이후 초경에 우주가 급격히 팽창하면서 온도가 낮아지고 우주를 구성하는 기본 입자인 소립자가 생성 (3) 양성자와 중성자의 생성 : 빅뱅 이후 약 초가 지나면서 온도가 더 낮아 져 기본 소립자인 쿼크들이 서로 결합하여 양성자와 중성자 생성 (4) 수소의 원자핵 생성 : 빅뱅 이후 3 분경에 온도가 더욱 더 낮아지면서 양성 자와 중성자가 핵융합하여 중수소와 삼중 수소의 원자핵 생성, 헬륨의 원 자핵도 생성 (5) 원자의 생성 : 빅뱅 이후 10 만 ~40 만 년 동안 온도가 더 냉각되면서 원자핵 이 전자를 붙잡아 원자 형성 원소의 기원 원자의 구성 입자와 원소의 기원 빅뱅과 입자의 탄생

(1) 무거운 원소의 형성 : 빅뱅 이후 40 만 년이 지나면서 원시별과 원시 은하 생 성, 이후 크기가 커진 별들은 중력이 점점 커져 중심부에서 헬륨보다 무거운 원소들 생성, 여러 종류의 동위 원소도 함께 생성 ⇒ 별의 내부에서 핵융합을 통해 생성될 수 있는 가장 무거운 원소는 철이다. (2) 핵융합에 의해 생성된 주요 동위 원소 원소의 기 원 원자의 구성 입자와 원소의 기원 무거운 원소의 형성과 방사성 동위 원소 원소탄소질소산소철 동위 원소 12 C, 13 C 14 N, 15 N 15 O, 16 O, 17 O, 18 O 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe, 58 Fe (3) 철보다 무거운 원소의 생성 : 철보다 무거운 원소는 별이 폭 발할 때 만들어지며, 이때 우라늄까지 생성될 수 있다. 방사성 동위 원소 : 무거운 원소들의 동위 원소 중 핵이 불안 정하여 방사선을 방출하는 원소 방사선의 이용 : 방사선은 병원의 X 선 등 다양한 방면으로 이 용되지만, 많은 양의 방사선에 노출되면 위험하므로 이용 에 각별히 주의해야 한다.

원자의 구성 입자와 원소 의 기원 원자의 구성 입자 원소의 기원 빅뱅 이후 기본 소립자들이 서로 결합하여 양성자 와 중성자 생성 → 수소와 헬륨의 원자핵 생성 → 수 소와 헬륨 원자 생성 → 별의 내부에서 철 (Fe) 원소 까지 생성 → 별의 폭발에 의해 철보다 무거운 원소 생성 원자 번호 = 양성자 수 = 전자 수 ( 중성 원자의 경우 ) 질량수 = 양성자 수 + 중성자 수 원소의 표현 ( ) 동위 원소 : 양성자 수는 같으나 질량수가 다른 원소 X: 원소 기호, A: 질량수 Z: 원자 번호 개념의 구조