물리화학개론 | 양자역학 이전의 과학

 

 

 

TIP

 

 

1. 운동법칙
2. 설명할 수 없는 현상들
3. 원자 스펙트럼
4. 원자 구조
5. 광전 효과 (Photoelectron Effect)
6. 빛의 본성
7. 양자 이론(Quantum Theory)
8. 수소 원자에 대한 Bohr 이론 (1913년)
9. de Broglie 방정식 - 물질파(Matter Wave)

 

 

 

뉴튼의 운동법칙 (고전역학)

입자들의 거동에 대한 법칙 원자와 분자의 행동모델을 만드는 기본 요소

 

전자의 거동을 고전 운동방정식으로 다루려는 노력의 실패 어떤 문제들이 있었는가?

 

1687년 Newton의 운동법칙

물체에 대한 연구에 빛을 사용 → 빛의 본성에 대한 이해가 필요

흑체복사에 대한 연구 → 1900년대 초 양자 가설이 제안됨, Plank (1899)

 

아인쉬타인의 광양자론(1905), 수소원자에 대한 보어의 이론, 드브로이의 물질파 개념, 파울리의 배타원리, 슐레딩거의 파동방정식(1925-1926)

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설명할 수 없는 현상들

고전역학으로는 설명이 안 되는 현상들

원자의 스펙트럼, 원자핵의 구조, 빛의 본성, 광전효과 등

 

 

 

원자 구조

그리스 철학자, 데모크리토스의 원자론

Dalton의 원자론 (1803년), 1amu.=1Dalton

 

1870-1880년대 : 진공관의 방전 ⇒ 음극선관

 

1890년대

J.J.Thomson, 음극선의 특성 연구 ⇒ 전자의 발견

자기장에 의하여 흐름이 꺾이는 정도로부터 전하/질량(e/m)의 비를 결정

(전하가 매우 클 수 없기 때문에 입자의 질량이 매우 작아야 한다.)

음극선이 음전하를 띈 매우 작은 입자의 흐름임을 규명 ⇒ 아-원자(Sub-atomic) 입자의 발견

1908-1917년: Mullikan의 기름방울 실험 ⇒ 전하의 크기 결정 (e=1.601×10^-9 C)

Thomson이 정한 e/m 비율과 결합 ⇒ 전자의 질량 결정(9.109×10^-3Kg)

Thomson의 원자 모델 : Muffin Tin Model

 

1908년

Rutherford의 금속박막 산란실험 (α-입자가 백금 박막에 충돌하는 실험)

대부분의 원자 질량이 아주 작은 중심부에 집중됨. ⇒ 원자핵의 존재

Rutherford의 원자 모델 : 태양계 모델 (Newton의 고전역학에 근거하여)

 

1860년대에 확립된 Maxwell의 전자기 이론은 Rutherford의 원자 모델과 불일치 전하를 띤 입자가 가속되면 에너지를 방출한다.

원운동에 의하여 방향만 바뀌어도 가속되는 것에 해당.

전자기학에 따르면 원자핵 주변을 원-운동하는 전자는 에너지를 점차

에너지를 잃어버리고, 원자핵에 흡수되어버린다.

1896년에 Becquerel이 발견한 방사능 붕궤 현상도 고전역학으로 설명이 안됨.

고전역학과 전자기학으로는 원자의 안정성을 설명할 수 없다. ⇒ 새로운 이론 ?

 

 

광전 효과 (Photoelectron Effect)

1887년

Herts가 광전효과를 처음발견(빛이 진공속의 금속에 비치게 될 때의 여러 현상들 연구)

Lenard : 금속이 빛을 받으면 전자를 방출한다는 사실을 규명 (광전효과)

 

광전효과의 특성

1) 빛의 진동수가 문턱진동수보다 클 때만 전자가 방출된다.(문턱 진동수는 금속의 종류에 따라 다르다)

2) 빛의 세기를 강하게 해도 튀어나오는 전자의 속도는 변하지 않고, 튀어나오는 전자의 수가 증가한다.

3) 튀어나오는 전자의 속도는 빛의 진동수와 비례하여 증가한다.

 

빛이 파동이라면, 빛의 세기 즉 파동의 세기는 에너지의 크기와 비례한다. 따라서 빛을 세기를 높이면, 전자가 튀어나오고, 전자의 속도는 (빛의 진동수와는 무관) 빛의 세기에 비례하여야 한다. ⇒ 파동 이론으로는 광전자 효과를 설명할 수 없다.

 

 

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