원자는 99%가 비었다매

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원자는 양자역학적으로 보면 전자 구름(electron cloud) 형태로 퍼져 있는데, 우리가 STM(주사 터널링 현미경)이나 TEM(투과 전자 현미경)으로 찍은 이미지가 공처럼 보이는 이유는

1. 이미지가 공처럼 보이는 이유: 전자 밀도의 등고선 효과
•STM이나 TEM에서 원자를 “찍는다”고 할 때, 사실 우리가 보는 건 전자 밀도의 분포를 반영한 데이터의 시각화야.
•원자는 핵을 중심으로 전자들이 특정 확률로 퍼져 있고, 이 전자 구름은 대칭적인 구형 분포를 가지는 경우가 많아(특히, s-오비탈 같은 경우).
•그러다 보니, 우리가 측정해서 시각화할 때는 전자 밀도가 높은 부분이 둥근 형태로 보이게 돼. 마치 등고선 지도에서 산이 원형으로 표시되는 것과 비슷한 개념이야.

2. STM이나 TEM이 직접 찍는 게 아니라 데이터 기반 재구성임
•STM 같은 경우 탐침(Probe)을 이용해서 원자 표면의 전자 밀도 변화를 감지해서 이미지를 만든다고 했잖아?
•이 과정에서 측정된 데이터는 픽셀 단위로 처리되면서, 밀도가 높은 부분을 중심으로 둥근 형태로 재구성돼.
•TEM도 마찬가지로 전자의 산란 패턴을 분석해서 이미지를 만들다 보니, 원자 배열이 구 형태로 보이게 되는 거야.

3. 실제 원자의 모양은 오비탈 형태를 따름
•수소 원자처럼 단순한 경우는 s-오비탈(구형 전자 구름) 때문에 공 모양과 비슷하게 나올 수 있어.
•하지만 p, d, f 같은 오비탈을 가지는 원자들은 전자 구름이 더 복잡한 형태를 띠는데, 이런 구조까지는 대부분 실험 이미지에서 분명하게 나타나지 않아.
•그 이유는 실험 장비가 전자의 개별적인 움직임까지 세밀하게 측정하기 어렵고, 우리가 보는 건 누적된 평균 데이터이기 때문이야.

결론
“원자가 공처럼 보인다”는 건 사실 원자 자체가 공이라는 뜻이 아니라,
1. 전자 밀도가 둥근 형태로 퍼지는 경우가 많고,
2. 실험 장비가 이를 둥글게 재구성하기 때문이야.
실제 원자는 오비탈 형태에 따라 다르게 생겼고, 우리가 흔히 보는 공 모양의 원자는 시각적으로 단순화된 표현에 가깝다고 보면 돼.

라고 합니다.