모든 물질은 원자로 구성된다는 것을 알겁니다.
그리고 원자는
정말, 정말, 정말, 정말 작은 입자라고 할 수 있죠.
모든 원자에는 하나의 핵이 있으며
최소 한 개의
플러스 전기를 띄는 입자와,
양성자라고 하죠,
대부분의 경우에,
몇개의 중성 입자로 구성 되는데, 이것이 중성자입니다.
핵은 마이너스 전기를 띄는
입자들로 둘러싸여 있는데, 이것이 전자입니다.
원자의 정체는 오직 핵 안의
양성자의 갯수로만으로 알 수 있습니다.
수소가 수소인 이유는 1개의 양성자를 가지기 때문이고,
탄소는 6개를 가지므로 탄소이고,
금은 79개를 가지기 때문에 금이고,
등등.
잠깐만 옆 길로 새야겠네요.
우리는 어떻게 원자의 구조를 알까요?
우리는 양성자, 중성자, 전자를 볼 수 없습니다.
우리는 엄청난 양의 실험들을 해서
예상하는 원자 모형을 제안하고
다른 실험들을 더 해보면서
그 모형으로 실험이 설명 된다면
성공입니다.
하지만 만약 그렇지 않다면 다른 모형을 찾아봐야겠죠.
사람들은 다양한 원자 모형들을 만들어 왔습니다.
기원전 400년 데모크리토스 때 부터요,
분명히 앞으로 더 많은
모형들이 만들어지겠죠.
자, 본론으로 돌아와서.
원자의 핵은 하나로 뭉치려고 하지만
전자는 움직이는데 제약이 없죠.
이래서 화학자들이 전자를 사랑하는 겁니다.
그들과 결혼할 수만 있다면
그렇게 할겁니다.
그런데 전자의 이상한 부분은
그들이 때로는 입자처럼 행동 하는데,
작은 야구공처럼요,
때로는 파동, 즉 물결처럼 행동합니다,
우리가 수행하는 실험에 따라서 말이죠.
전자의 가장 이상한 점은
그들이 어디에 있는지 정확히 말할 수 없다는 겁니다.
이것은 우리에게 장비가 없기 때문이 아니라
이런 불확정성이
우리의 전자 모형의 일부입니다.
그래서, 위치를 알수 없죠, 괜찮아요.
하지만 우리는 핵 주변의 주어진 공간에서
전자가 발견될 확률은
말 할 수 있습니다.
그것은 우리가 이런질문을 할 수 있다는 뜻이죠:
만약 우리가 핵 주변에 하나의 도형를 그리고
그 도형 위에서
주어진 전자를 발견할 확률이 95% 라면
그 모습은 어때야 할까요?
여기에 몇개의 도형들이 있습니다.
화학자들은 그것들을 궤도라고 부르는데
각각의 궤도의 모습은
무엇보다도, 이것이 에너지를 얼마나
가지고 있는냐에 달려 있습니다.
궤도가 에너지를 흡수할수록
밀도의 중심부가 핵으로부터
더 멀어집니다.
그런데, 왜 100%가 아니라 95%라고
하는 걸까요?
그것은 우리의 전자 모형이
유별난 또 다른 이유입니다.
핵으로부터 특정 거리 이상 멀어지게 되면
전자를 발견할 확률이
거의 기하급수적으로
줄어들기 시작하는데
잠깐 사이에도 0에 가까워질 수 있다는 뜻입니다.
절대로 0이 되지는 않지만요.
그래서, 모든 원자 안에는
작지만 0이 아닌 확률로
정말 정말 짧은 시간 동안
전자들 중 하나가
알려진 우주의 다른 끝에 있습니다.
하지만 전자는 대부분 그들의 핵 가까이에 머무르죠
음전하 구름처럼
시간이 지남에 따라 움직이고, 옮겨 다닙니다.
한 원자의 전자들이 어떻게
다른 원자의 전자들과 상호 작용하는냐가
거의 모든 것을 결정합니다.
원자는 자신의 전자를 주변의 원자에게
줘버릴 수도 있고
원자들을 공유할 수도 있습니다.
그리고 역동적인 이 사회 연결망이
화학을 흥미롭게 만들죠.
평범한 오래된 돌에서부터
생명의 아름다운 복잡성에 이르기까지,
모든 것의 본질. 우리가 보고,
듣고,
맛보고,
냄새 맡고,
만져보고,
심지어 느껴는 것까지
원자 수준에서 결정됩니다.