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,
- 전자 밀도가 둥근 형태로 퍼지는 경우가 많고,
- 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.