원자와 원소, 뭐가 다르지?

원자와 원소는 어떻게 다른 걸까요? 보통 입자의 수를 셀 때 원자라 하고, 종류를 이야기할 때 원소라 한다고 알려져 있어요. 그러나 #원자 #atom 와 #원소 #element 는 그 시작부터 서로 달랐습니다.

고대 그리스, 엠페도클레스는 세상 만물이 네 가지 원소 “물, 불, 흙, 공기＂로 이루어져 있다고 주장했습니다. 하지만 각 원소 입자가 있는 것이 아니라 원소의 구성 비율에 따라 사물의 속성이 결정된다고 생각했어요.

#아리스토텔레스 는 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 #데모크리토스 는 #원자론 을 주장했습니다. 물질은 더 이상 쪼개지지 않는 원자로 구성되어 있으며 원자는 물질에 상관없이 동일하다고 말했지요. 그러나 당시 대다수 자연철학자들은 이에 반대했습니다. 특히, 아리스토텔레스는 원자론을 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 #보일 이 #진공 의 존재를 증명하면서 데모크리토스의 원자론이 부활했습니다. 그러나 보일은 데모크리토스와 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 #아인슈타인 은 물 표면에 꽃가루가 떠다니는 #브라운운동 이 물 입자에 의한 것임을 증명합니다. 그는 꽃가루가 움직인 거리를 계산해 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.

#톰슨 은 원자 내부에서 마이너스 전기를 띤 입자가 튀어나오게 하는 #음극선 실험을 통해 #전자 의 존재를 확인합니다. 원자는 마이너스와 플러스 전기를 띤 각각의 입자로 쪼개질 수 있음을 알게 된 것입니다. 톰슨의 제자 #러더퍼드 는 더 나아가 플러스 전기를 띤 입자가 원자의 중심에 모여 있다는 사실을 밝혀냅니다. 이제 원자는 플러스 전기를 띤 #원자핵 과 그 주변을 도는 전자로 이루어져 있다는 사실이 밝혀진 것이지요.

러더퍼드의 제자 #채드윅 은 원자핵에 플러스 전기를 띤 #양성자 외에, 전하를 띠지 않는 #중성자 가 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 #겔만 은 #쿼크 라는 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?

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