원자는 거의 빈공간인데, 왜 물체는 모두 투명하지 않는건가요?
- 글쓴이
- mathlove
- 등록일
- 2004-12-15 09:49
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중,고등학교시절 물리나 화학시간에 원자의 구조에 대해 배울 때
가운데 핵이 있고, 그 주위를 전자가 회전하고 있으며.
핵과 전자를 제외하면 빈공간이 거의 90%이상을 차지한다고 들었습니다.
물론 불확정성의 원리에 의해, 어느 순간에 전자가 어디에 위치해 있는지는 정확히 알 수 없지만
하여간 핵 주위 어딘가에 일정 공간을 차지하며 위치해 있을 테고,
그 전자와 핵이 차지하는 공간은 원자전체에서 아주 극미하다는 것을 알고 있습니다.
그렇다면 우리가 보는 물체는 투명한 부분이 거의 대부분이어야 할텐데.. 실제로는 그렇지 않습니다.
예를 들어 종이를 생각해보면, 종이 역시 원자로 구성되어 있고, 원자의 대부분은 빈공간이므로,
그 빈공간으로 빛이 투과할 수 있을텐데.. 하지만 종이는 투명하지 않습니다.
대체 이러한 이유가 뭔지요?
다른 사람들 의견
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Hithere
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모기장 하나는 안에가 훤히 잘보이죠? 모기장을 겹겹이 쌓아 보세요, 그럼 안보일겁니다.
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김사무엘
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Hithere 님.. 웃으라고 저런 답변 다신거죠?--;;
저도 위 질문과 같은 궁금증을 가진 적이 있었는데..
예전에 선배어느분께 물어보니까..
뭐 양자역학을 알아야 한다나 뭐라나..암튼 뭐 그랬던 기억이.. -
김선영
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그 원자와 전자의 공간이라는 것은 엄청나게 작습니다. 빛이 감히 통과할정도로 큰 구멍은 아닙니다. 그리고 실제로는 분자끼리의 결합이겠죠? 실제로는 원자와 전자의 결합을 우리가 보는게 아니니까요. 분자끼리의 결합을 보시면 얼마나 구멍이 클까요? 과연 빛의 파장이 거기를 투과할 수 있을까요?
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돌아온백수
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뭘로 바라보는 가에 따라서 결정되겠죠. 투명하다는 것이 가시광선이 투과하기를 바라신다면, 가시광선의 파장(마이크론)을 생각해 보시면 왜 투명하지 않은지 아시겠죠. 한편, 더 짧은 파장의 경우에는 위에서 설명하신데로 모기장 이론으로 왜 투과하지 못하는지 설명되겠지요. 한편, 아주 얇게 샘플을 준비할 수 있다면 (모기장 몇장 겹치기) X-ray 가 투과합니다.
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배성원
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숫자가 어마어마 많죠. 저는 모기장 비유가 가장 적절한 것 같습니다.
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소요유
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두 가지 개념 상의 오류를 생각해 봐야 합니다.
첫째는 중고등학교에서 배운 대로 원자가 그렇게 생기지 않았다는 것이고요,
두번째로 불확정성 원리는 단순하게 전자라는 '입자'의 위치를 알 수 없다는 것을 뛰어 넘는 개념이라는 말입니다.
예를 들면 원자 하나로 만든 한겹짜리 모기장 둘이 서로 간섭없이 투과될 수 있을까의 답은 역시 NO입니다.
그래서 모기장 이론은 사실 '틀린' 이론입니다. -
소요유
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원자가 고전적인 개념과 같이 단순하게 원자핵과 전자로 이루어져 있고, 태양계처럼 운동하지만 다만 불확정성 원리에 의하여 전자가 구름처럼 보인다는 것을 불완전하고 틀린 설명이라고 볼 수 있습니다.
즉 "전자는 원자 내에 좍 퍼져있다"라고 해야 맞습니다. 이 개념을 이해하기 어려울지 모르는데 전자가 입자이지만 한편으로 파동이므로 파동이 원자내에 좍 퍼져있다고 생각해도 별 문제[없을 겁니다. 다시말하면 원자는 텅빈 공간만으로 되어 있는 것이 아니라 전자가 "꽉 찬" 상태로 봐야 합니다. 물론 전자의 상태에 따라 구형, 8자형, 등등의 모양이지만요.
그래서 결국은 원자 한겹짜리 모기장을 투과할 수 없다고 봐야 할겁니다. 왜냐하면 이렇게 "꽉 찬" 원자가 서로 투과해서 지나갈 수 없기 때문입니다. -
박상욱
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조금 더 '화학적'으로 말씀드리자면...
일단 가시광선에 대해 '투명하지 않다'는 의견, 맞습니다. X선이라면 통과하지요. 또 전자구름도 가볍게 지나쳐 가고 핵과 핵 사이 거리를 지나갈만큼 충분히 파장이 짧습니다.(X선의 파장은 옹스토롱 단위) 회절은 일어나지만..
반사는 논외로 하고, 물질이 빛을 흡수하는 것은 전자의 에너지, 또는 분자의 에너지와 관련이 되는데 전자의 에너지는 X선에서 UV, 가시광선 대역과 상호작용하며 분자의 에너지는 적외선, 마이크로파 대역과 상호작용합니다.
간단히 말해서, UV나 가시광선에 대해 '투명하지' 않은 이유는 원자가 빈공간이 아니기 때문이기도 하고 가시광선이나 자외선에게는 핵간 거리가 너무 짧아서 이기도 하고,(윗분들의 설명들) 덧붙여 빛의 에너지를 흡수하기 때문이기도 합니다. 전혀 흡수하지 않는다면 '그냥 통과' 해야하므로 투명하게 보이겠죠.(반사는 논외로 하겠다고 했습니다)
그러한 '흡수'가 겹겹이 일어나면 투명하지 않게 됩니다. 한겹의 종이는 비치지만 여러겹은 비치지 않는 것과 마찬가지로..
이상 화학의 시각에서의 설명이었습니다. -
Stephen
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전자가 원자핵을 돌고 있다던가, 더 나아가서 전자 구름이라던가, 이런 것들은 시각적/물리적으로 진짜로 그렇게 생겼다는 것 보다는 어떤 현상을 설명하기 위한 모델들입니다. 즉, 그런 모델을 써서 설명하면 여러가지 물리현상들을 나름대로 이론적, 수식적으로 설명할 수 있다는 것이죠. 전자가 원자 주위를 돌고 있으니 그사이는 빈공간이 많아서 빛이 투과할 수 있다는 생각은 그냥 거시적인 관점으로 생각한 것이고, 실제로는 윗분들의 설명대로 다른 모델을 써서 생각해야 합니다.
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Hithere
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모기장이 틀렸다면, 에이씨....이번에는 선풍기 이론이다....
선풍기 팬 사이에는 분명히 틈이 있지만, 손가락을 넣으면 짤립니다...
그리고 선풍기 팬이 한개 돌고 있을때는 뒤에가 어느정도 보이지만,
선풍기 팬이 수백개 있음 뒤에가 보이지 않습니다.....
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이민주
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제 생각에는 공군기지 근처 산의 정상에 레이더가 돌아가는데.. 그 레이더는.. 철망같은걸로 되어있더군요..
그런데 전파는 그 철망에 반사되어 모아지요..그런 원리라고 생각합니다. 원자 사이에 공간은 있지만.. 빛이 전파와 같이..
통과를 못하고 반사되는거겠죠.. -
김선영
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그런데 제 생각에는 투명하느냐 아니냐를 단지 전자와 원자의 공간으로 설명하기에는 무리가 있겠죠? 왜냐하면 유리나 투명비닐과 같은게 생기기 때문입니다. 사실은 물질을 이루는 분자의 성질이 반영되어야 설명이 제대로 되지 않을까요?
보통 투명하다는 것은 가시광선이 단지 흡수되지 않는다는 것이므로 만일 적외선으로 물체를 판단하는 눈(적외선감지기도 해당되겠죠)의 기준으로 보면 투명하다는 의미는 조금 달라지죠. 전자와 원자 모델에 의해서 설명하는게 아니라 투명하다 아니다는 물질의 에너지 준위나 결합구조등이 원인이라고 해야 맞을거라고 생각합니다.
PS) 그나저나 쓰레드가 점점 길어지는군요. ^^ -
김선영
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하이데얼님이 문제제기를 하셨는데, 갑자기 거의 동시에 글이 올라가서 ... 근데 지우셨군요. 하이데얼님이 유리 이야기를 하시면서 거의 20초 뒤에 올려주셨는데...
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Hithere
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올리다 보니 같은 예기인것 같아서....
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mathlove
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김선영님~ 이의가 있는데요.
물론 물질의 에너지 준위나 결합구조등도 물체의 투명, 불투명을 결정하는 중요한 사항인 것은 분명하지만.
그런 문제는 2차적인 것이고 1차적인 문제점은
일단 빛이 그 물질을 이루는 원자내의 전자와 맞닥드리지 않는 한
빛의 흡수와 재방출(반사 또는 투과)이 이루어지지 않는다는 게 아니겠습니까?
한편 우리가 어떤 공간이 텅 비었다는 것을 알아차리는 방법 중의 하나는
빛이 잘 통과하는지 않는지를 보는 것니다.
텅 비어 있으면 빛이 그냥 지나갈 수 있습니다.
그렇다면 결국 우리가 중,고등학교 때 배웠듯이 원자내 핵과 전자사이에 텅비어 있는 공간이 많다면
그 텅빈 공간으로 빛이 얼마든지 그냥 통과해버릴 수 있지 않겠습니까?
그렇게 되면 우리가 주위에서 보는 물체는 투명한 부분이 대부분을 이루고
불투명한 부분은 극소여야 한다는 실제와는 다른 결론이 나오게 되죠.
따라서 제 생각엔 소요유님 말씀대로 실제로 '전자는 핵주위에
구름처럼 퍼져 꽉찬상태이다'고 해야 할 것 같은데..
이는 잘 상상이 안되네요. 좀 충격적(?)이기도 하고..
게다가 아래에도 옮겼지만 다른 사이트에는 그렇지 않다는 말도 있고 해서..
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Stephen
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이것도 정확한 설명이라고 할 수는 없지만, 쉽게 생각하면 원자 하나크기는 옹스트롱 그러니까 0.1nm 단위입니다. 그러면 원자핵과 전자 사이 또 전자와 전자 사이의 간격은 이보다 훨씬 작겠죠. 보통 가시광선의 파장은 수백nm입니다. 그러니 이런 간격은 빛이 투과하기에는 너무 작은 공간이죠. x-ray 같은 경우는 파장이 훨씬 작은 0.1 nm 단위이기 때문에 일부 고체를 투과할 수 있는 것이구요.
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박상욱
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다시 말씀드리자면... 어떤 원소의 원자든 '한겹'으로 된 쉬트를 만들 수 있다면 충분히 투명합니다. 예를 들어 금이나 은같은 전성이 좋은 금속을 두들겨 매우 얇게 만들면 투명하지요.
원자가, 무언가 꽉 차 있는 강체구는 분명 아닙니다. 색이나 투명도는 빛의 흡수를 간과해서는 안된다는 말씀을 위에서 이미 드렸습니다. -
김선영
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원자와 전자의 사이에 공간이 있다는 것은 잘못된 모델입니다. 그리고 아직까지 원자와 전자의 실제 모습을 본적은 없습니다. 각종 실험과 현상으로 이런 모델일것이다라고 말하는 것이죠.
그리고 stephen님이 잘 말씀해주셨네요. 아 참 에어로젤 보셨나요? 갑자기 생각이 나는데... 찾아보니 아래 링크에서 보이는군요.
<a href=http://blog.naver.com/arapshow.do?Redirect=Dlog&Qs=/arapshow/6371914 target=_blank>http://blog.naver.com/arapshow.do?Redirect=Dlog&Qs=/arapshow/6371914</a>
