원자의 내부구조 및 그 성질을 나타내는 모형. 고대 그리스시대 부터 물질은 그 이상 세분할 수 없는 최소단위로 이루어져 있다고 생각하고 그것을 원자라고 불렀다.

19세기 후반이 되어 물질 용액의 전기분해와 진공방전으로 나타나는 음극선, 또 진동수가 높은 빛을 금속과 같은 물질 표면에 조사했을 때 전자가 튀어나오는 광전효과 등에서 원자 속에 전자가 존재한다고 생각되었다.

그러나 전자와 양의 전하를 가진 무거운 성분이 어떤 상태로 존재하는가는 20세기초에 이르기까지 분명하지 않았다.

이와 같은 시기에 J. J. 톰슨의 가설이 나왔다.

그는 원자를 반지름 약 10^-8cm의 구상(球狀)이라고 생각했다.

그리고 양의 전하가 균일하게 분포하며 전자는 이 양의 전하를 부정 하듯이 한결같이 분포하고 있다고 했다.

이러한 전자는 각기 안정된 평형점 주위에 진동하며 그 결과 빛을 방출하여 원래의 안정 상태로 돌아가는 것으로 원자에서 빛이 나오는 것을 설명할 수 있었다.

이 톰슨 모형은 원자물리학 발전사상 중요한 의의를 가진다.

원자구조에 대한 중요한 발견은 H. 가이거와 마르스덴에 의해 1909년에 행해진 α 입자를 금박(金箔)에 조사하여 측정한 산란이다.

톰슨 모형에서는 대부분의 α 입자는 앞 방향으로 산란되며 각도가 큰 쪽으로 산란되는 확률은 극히 작아서 설험과 매우 다르다는 것을 알 수 있었다.

E. 러더퍼드는 이 결과를 중시하고 양전하가 원자 중심에 핵이 되어 집중 되어 있는 원자모형을 상정하고 그 핵에 의한 α 입자의 산란을 계산했다.

전자에 의한 산란은 그 질량이 핵의 질량에 비해 극히 작으며 원자의 질량수의 1/1,836의 크기이기 때문에 무시해도 좋다.

그 결과 실험결과와 매우 근사한 식을 얻는데 성공했다.

이것을 러더퍼드의 산란공식이라고 한다.

그는 원자구조에 대해「중심에 양전하 Z_e(Z는 원자번호)를 가진 무거운 핵이 있고 그 주위에 Z개의 음전하의 전자가 에워싸고 있다」고 결론지었다.

이것을 러더퍼드의 원자모형이라고 한다.

그러나 전자궤도의 안정성 문제와 원자의 선(線)스펙트럼에 대해서는 고전역학의 테두리에서 이해할 수 없었다.

보어는 13년에 다음 세 개의 가정 ① 원자는 고전역학에서 믿었듯이 연속적으로 여러 가지 값의 에너지를 취할 수 있는 것이 아니라 원자에 특유한 불연속적인 에너지 E₁, E₂, …만을 취하는 것이 허용된다.

이 상태를 정상상태(定常狀態)라 하고 이 상태에서는 원자가 빛을 방출 하거나 흡수하지 않는다.

② 원자가 빛을 방출하거나 흡수하는 것은 원자가 하나의 정상상태에서 다른 정상상태로 옮길 때이다.

③ 정상상태에서 전자는 일반적인 역학법칙에 따라 운동한다.

빛의 에너지는 광양자절(光量子說)에 의하면 광양자를 단위로 하여 그 정수배(整數倍)의 값만이 허용된다.

원자에서 나오는 빛의 에너지도 불연속적인 값이기 때문에 원자 에너지준위도 불연속적인 값만이 허용된다.

이와 같이 불연속적인 값밖에 허용되지 않는 것이 양자적인 사고의 특정이며 양자적으로 허용되는 상태를 결정 하는 조건을 양자조건이라 한다.

N. H. D. 보어는 이 세 개의 가정하에서 수소원자의 에너지준위를 결정하고 발머 계열로 알려진 일련의 스펙트럼의 설명에 성공했다.

세 개의 가정에 입각하여 원자의 구조를 기술하는 방법을 보어의 원자모형이라고 한다.