20세기 초부터 원자의 내부구조에 대한 연구가 시작되었습니다. 하지만 원자의 내부는 현미경으로 들여다 볼 수 없습니다. 그러나 원자를 실험해 보면 몇 가지 원자의 성질을 알아낼 수 있습니다. 그래서 실험으로 알아낸 원자의 성질을 잘 설명 할 수 있는 원자모형을 만드는 것이 원자의 구조를 설명 할 수 있는 것입니다. 그래서 여러 가지 원자모형이 등장하게 되지요.


가장 먼저 등장한 것은 일본의 나가오카 한타로가 제안한 토성모형입니다. 우리에겐 낮선 이름이죠? 하지만 이분의 토성모형이 나중에 리더퍼드가 만든 원자모형의 모델이 되었음을 짐작으로도 알 수 있습니다. 그 다음으로 등장한 것이 우리가 알고 있는 톰슨의 원자모형입니다. 일명 건포도 모형이라는 것이지요. 양성자가 골고루 퍼져있고 그 안에 전자가 여기저기 박혀 있는 형태입니다.


톰슨은 음극선 실험으로 전자의 존재를 알아냈습니다. 음극선이란 말이 잘 이해가 안가죠? (-)선이라는 말입니다. 진공관에다가 -극과 +극의 전압을 걸어주면 멋진 빛깔의 광선이 나옵니다. 그리고 그 사이에 바람개비를 놓으면 놀랍게도 이 바람개비가 돌아가지요. 말이 좀 이해하기 어렵지만 실험을 해보면 별거 아니고 진짜 신기합니다. 과학은 실험을 해야 하는데 우리나라는 그저 말로만 배워야 하니 참 답답하지요. 바람개비가 돌아간다는 것은 뭔지는 모르지만 일단 질량이 있다는 것을 의미합니다.


그리고 자석을 가까이 하면 이 (-)선, 즉 음극선이 휘지요. (+)자석을 대면 음극선은 (-)선이니깐 자석 방향으로 휘고 (-)자석을 대면 반대방향을 휩니다. 그래서 톰슨은 (-)의 성질을 띠고 있음을 알아차리게 되고 그것을 전자라고 명명합니다. 그리고 톰슨은 원자가 분명 전자를 가지고 있는데에도 중성의 성질을 띠고 있는 것으로 보아 분명 원자내에는 전자의 -전하를 상쇄하는 뭔가가 있을 것이라고 생각한 것입니다. 바로 (+)전하를 띤 물체가 있다는 것을 눈치챈 것이지요. 이러한 것들을 바탕으로 톰슨은 건포도 모양의 원자모형을 제시하는 것입니다.


하지만 그 당시에는 원자모형이 방사능 붕괴 시에 원자 속에서 -전하를 띤 입자와 +전하를 띤 입자가 나오는 것을 설명할 수 있어야 했고 또한 음이온과 양이온이 만들어지는 것을 설명할 수 있어야 했습니다.


그래서 톰슨은 원자 속에 전자가 단단하게 박혀있는 것이 아니라 느슨하게 박혀있기 때문에 원자 밖으로 튀어 나오거나 들어갈 수 있다고 생각했습니다. 또한 양이온이 만들어지는 이유가 전자가 밖으로 튀어 나오면 +전하를 띤 입자가 많아 양이온이 만들어 지는 것이고 반대로 전자가 원자 속으로 들어가면 -전하를 띤 전자가 많아져서 음이온이 되는 것이라고 설명했습니다. 아주 훌륭하게 모든 것을 설명할 수 있는 원자모형을 제시한 것이지요.


하지만 이것도 잠깐!! 얼마 후 제자인 리더퍼드에 의해 톰슨의 원자모형을 폐기되고 맙니다.