*Memo

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

◎ 미리생각해보기

사람, 나무, 바이러스, 공기, 태양 등.. 이 세상 만물은 무엇으로 이루어져 있을까요?

20세기의 위대한 물리학자 파인만은 “세상 만물은 원자로 되어 있다.”고 말했습니다.

그렇다면 원자란 무엇일까요? 철학자 데모크리토스나 과학자 돌턴은 물질을 계속 쪼개고 또 쪼개다 보면 더 이상 쪼갤 수 없는 것이 나오는데 이 입자를 ‘원자’라고 불렀습니다. 더 이상 쪼갤 수 없다는 뜻의 그리스어에서 나온 말인 원자는 번호가 있고, 질량과 크기, 구조를 말할 수 있으며, 원소와 다릅니다. 원소는 물질을 구성하는 성분이나 요소를 뜻하고, 원자는 물질을 이루는 가장 작은 알갱이를 말합니다. 한 종류의 원자로만 구성된 순물질이 원소이기 때문에 원자와 원소의 종류는 같습니다. 예를 들어 물

(H₂O)을 원소와 원자 개념으로 설명한다면, 수소(H)와 산소(O) 두 종류의 원소로 이루어져 있고, 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이루어져 있다고 말할 수 있습니다.

1. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

2. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

3. 실험 후에는 주변을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 주의사항!

도안이 구겨지거나 찢어지지 않도록 주의합니다.

제공된 스티로폼볼이나 솜방울을 먹지 않습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

1. 도안을 찢어지지 않게 떼어내주세요.	2. 도안을 접는선을 따라 접어주세요. 양면테이프를 두 개 모두 반으로 잘라주세요.

3. 솜방울을 섞어 7개를 골라 양면테이프로 붙여주세요. 같은 방법으로 나머지 7개도 양면테이프로 붙여주세요.	4. 실을 반으로 접은 후, 실의 중간에 솜방울이 놓일 수 있도록 하여 양면테이프로 두 개의 솜방울 뭉치를 붙여주세요.

◎ 실험방법

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

5. 양면테이프로 두 개의 원 도안을 붙여주세요. 가위로 빨대를 1.2cm 두 개, 0.5cm 두 개씩 잘라주세요.	6. 스티로폼볼을 칼로 반 나누어 작은 원에 2개, 큰 원에 5개 양면으로 붙여주세요. 칼 사용이 힘들면 반으로 나누지 말고 통째로 붙여주세요.

7. 실을 작은 원에 각각 끼워주세요. (주의! 실 한 쪽 끝의 둥근 부분이 잘 끼워지지 않으면, 가위로 둥근 부분을 잘라 내거나, 그 부분을 꼬아서 끼워보세요.)	8. 1.2cm의 빨때를 작은 원 바깥의 실 양쪽에 끼워주세요.

9. 큰 원을 끼워주세요.	10. 큰 원의 바깥에 0.5cm 빨대를 각각 끼워주세요.

11. 양면테이프를 적당한 크기로 잘라 투명반구에 붙여주세요.	12. 양면테이프가 있는 곳에 실을 양쪽으로 팽팽하게 잡아당겨 붙여주세요.

13. 투명반구의 뚜껑을 덮고 양면테이프가 있는 접착면을 꾹 눌러 붙여주세요.	14. 실을 묶을 부분만 남겨 두고 자른 뒤, 풀리지 않도록 세 번 정도 묶어주세요. 묶고 남은 부분은 잘라주세요.

15. 투명반구에 큰 원을 끼우고 원의 두 면이 닿을 수 있게 고정해주세요.	16. 처음에 접어 둔 받침 도안에, 완성 된 원자모형을 넣고 손으로 빙글빙글 돌려보세요!

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 원자모형의 가운데 솜방울은 원자의 무엇에 해당될까요?

→ 솜방울은 원자의 중심에 있는 원자핵을 뜻합니다. 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져

있습니다. 우리가 만든 ‘질소 원자 모형’의 원자핵에는 7개의 양성자와 7개의 중성자가 존     재 합니다. 양성자는 (+)전하를 띠고, 중성자는 전하를 띠지 않습니다. 원자핵은 원자 질량     의 대부분을 차지합니다.

2. 원자모형의 흰색 스티로폼볼은 원자의 무엇에 해당될까요?

→ 흰색 스티로폼볼은 원자의 전자에 해당됩니다. 전자는 원자핵 주위를 움직이고 있으며, (-)전하를 띱니다. 우리가 만든 ‘질소 원자 모형’은 7개의 전자로 이루어져 있습니다.

◎ 원리이해

1. 원자란?

앞에서 말했듯이 물질을 구성하는 기본 입자를 원자라고 합니다. 원자는

원자핵과 전자로 이루어져 있습니다. 원자핵 안의 양성자는 (+)전하를 띠고,

중성자는 전하를 띠지 않으며 전자는 (-)전하를 띱니다.

2. 원자의 특징

①양성자수=원자번호: 원자의 종류에 따라 양성자 수가 다르기 때문에, 양성

수소(H)	원자번호:1 양성자수:1개 전자수:1개
리튬(Li)	원자번호:3 양성자수:3개 전자수:3개

자수로 원자 번호가 정해집니다.

②양성자수=전자수: 원자는 전기적으로 중성이기 때문에, 원자핵의 (+)전하

량과 전자의 (-)전하량이 같습니다.

③원자는 지름이 10-10m 정도로 매우 작아서 눈에 보이지 않습니다.

또한 원자의 크기를 경기장에 비유하면 원자핵의 크기는 개미 한 마리 정    도에 해당합니다.

④원자핵과 전자의 크기는 원자에 비해 매우 작아서 원자의 내부는 대부분

빈 공간입니다.

⑤원자핵은 전자에 비해 질량이 매우 커서 원자 질량의 대부분을 차지합니    다.

3. 원자구조의 변천 과정

너무 작아 눈으로 들여다 볼 수 없는 원자를 과학자들은 여러 가지 실험

과 모형을 통해 원자의 구조를 예측하고 설명해 왔습니다. 원자에 관한 모

형의 변천사를 살펴보면 다음과 같습니다.

원자설을 발표한 돌턴은 원자를 더 이상 쪼갤 수 없으며 매우 작고 단단한

공처럼 생긴 것이라고 말했습니다. 약 백년 후, 톰슨이 음전하를 띠는 전자

를 발견하게 되고, 그는 전자가 전체적으로 양전하를 띠는 공 안에 박혀있    다고 했습니다. 그 후 러더퍼드는 양전하를 띠는 원자핵이 중심에 있고, 원

자의 대부분은 텅 비어있다고 설명했으며, 보어는 이를 발전시켜 전자가 마

치 우주처럼 원자핵을 중심으로 일정한 궤도를 돌고 있다고 말했습니다.

현대에는 원자핵 주변에 전자를 발견할 수 있는 확률 분포를 구름처럼 나

타낸 전자 구름 모형이 인정받고 있습니다. 이러한 전자 구름 모형 안에서

전자가 분포할 확률을 ‘오비탈’ 이라고 합니다. 오비탈은 전자의 파동성을

강조한 모델이며, 이를 구성하는 세 가지 양자수(주양자수, 부양자수, 자기    양자수)에 의해 그 크기가 결정됩니다. 그 중 전자의 에너지 준위를 나타

내는 주양자수는 보어의 모형에서 전자껍질에 해당합니다. 오비탈에도 여러

층의 전자 껍질이 있으며, 전자들은 에너지가 낮은 궤도부터 차례로 채워

집니다. 이 순서를 ‘전자배치의 원리’라고 하며, 원자번호가 큰 원소들에서

는 전자가 채워지는 순서가 조금씩 달라지기도 합니다.

학습목표

빙글빙글 원자모형을 만들어 보고, 원자의 구조와

특징에 대해 알아봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

사람, 나무, 바이러스, 공기, 태양 등.. 이 세상 만물은 무엇으로 이루어져 있을까요?

◎ 미리생각해보기

도안 1장, 투명반구2개, 녹색솜방울 7개, 주황색솜방울 7개, 스티로폼볼 7개,

양면테이프 2개, 실 1개, 빨대

※직접준비해주세요. (가위,자,칼)

◎ 실험준비물

1. 원자모형의 가운데 솜방울은 원자의 무엇에 해당될까요?

2. 원자모형의 흰색 스티로폼볼은 원자의 무엇에 해당될까요?

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점