아주작은 입자 원자와 구성요소 그리고 성질

원자

물질을 이루는 기본적인 입자를 말합니다. 우리 주변의 모든 물질은 원자로 구성되어 있습니다. 원자는 사람 머리카락 굵기의 100만 분의 1 이하로 매우 작습니다. 보통의 현미경으로 겨우 볼 수 있는 조각 속에는 100억 개 이상의 원자가 들어 있습니다. 원자는 가장 간단한 물질인 화학원소의 뼈대를 이룹니다. 원소는 한 가지 원자로만 이루어진 것이고, 화합물은 원자가 두 가지 이상 연결된 분자라는 단위로 이루어진 좀 더  복잡한 물질입니다. 예를 들면, 화합물인 물은 수소 원자 두 개와 산소 원자 한 개가 결합한 분자로 이 로어 져 있습니다. 원자의 질량은 크게 다르나, 크기는 비슷합니다. 자연계에서 가장 무거운 플루토늄 원자는 사장 가벼운 수소 원자보다 200배 이상 무겁지만, 원자의 지름은 겨우 3배 더 큽니다. 원자는 아주 작지만 그 내부에는 엄청난 양의 에너지가 들어 있습니다. 이 에너지는 원자력 에너지처럼 평화적으로 쓰이기도 하지만, 전쟁 무기로도 쓰입니다.

 

 

 

구성요소

이렇게 작은 원자도 훨씬 더 작은 입자로 구성되어 있습니다. 원자를 구성하는 입자는 양성자, 중성자, 전자입니다. 각 원자는 이러한 원자 구성입자를 정해진 수만큼 가집니다. 양성자와 중성자는 원자 중심에 있는 원자핵 속에 빽빽하게 들어 있습니다. 만약 수소 원자의 지름을 6km라고 하면 원자핵의 크기는 테니스 공보다 작습니다. 원자핵의 바깥 부분은 거의 빈 공간입니다. 전자는 100만 분의 1초 동안에 원자핵 주위에 있는 이 공간을 10억 바퀴나 돕니다. 매우 빠르게 도는 전자 때문에 원자는 단단해 보이는데, 이것은 빠르게 움직이는 선풍기 날개 사이로 막대기를 밀어 넣을 수 없는 것과 같은 이치입니다.

 원자를 태양계에 견주어 표현하기도 합니다. 이때 핵을 태양으로, 전자를 태양 주위를 공전하는 행성으로 봅니다. 그러나 이러한 비교가 정확한 것은 아닙니다. 전자는 행성처럼 규칙적이고 정해진 길을 따라 운동하지 않습니다. 게다가 양성자와 중성자도 원자핵 안에서 끊임없니 이리저리 움직이고 있습니다. 

 

 

성질

원자번호:원자가 가지고 있는 양성자와 수를 원자번호라고 하며, 같은 원소의 원자들은 같은 수의 양성자를 가집니다. 원자번호는 주기율표에서 원소의 위차를 나타냅니다. 주기율표는 화학적 성질이 비슷한 원소들을 모아놓은 원소의 분류표입니다. 질량수:원자 안의 양성자와 중성자 수를 합한 것을 질량수라고 합니다. 같은 원소의 원자들은 모두 같은 수의 양성자를 가지지만, 중성자의 개수는 다른 경우가 있습니다. 이와 같이 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 원자들로 이루어진 물질을 동위원소라고 합니다. 자연에서 발견되는 원소는 대부분 한 개 이상의 동위원소를 가집니다. 원자량:원자 질량 단위(u)로 나타낸 원자의 질량입니다. 과학자들은 여러 가지 동위원소를 갖는 원소의 원자량을 자연계에서 그 동위원소가 존재하는 비율에 따라 평균한 값으로 나타냅니다. 예를 들어 염소의 원자량은 35.453u인데, 이는 원자량이 각각 34.96885, 36.96590인 염소의 동위원소 염소-35와 염소-37을 자연에 존재하는 비율에 따라 평균한 값입니다. 전하:원자는 보통 전지적으로 중성이지만, 화학반응이 일어나거나 전자 또는 다른 원자와 충돌할 때 전자를 얻거나 잃을 수 있습니다. 이런 현상을 이온화하고 하는데, 원자가 이론화하면 이온이라는 대전된 원자가 됩니다. 전자를 잃은 원자는 양이온이 되고, 전자를 얻은 원자는 음이온이 됩니다. 화학적 성질:원자의 화학적 성질은 가장 바깥쪽 전자껍질에 있는 전자의 수로 결정됩니다. 원자들이 결합해 분자를 만들 때, 가장 바깥 전자껍질의 전자들은 한 원자에서 다른 원자로 옮겨가거나 원자 사이에 공유됩니다. 이때 가장 바깥 전자껍질에 들어 있는 전자의 수를 '원자가'라고 합니다. 어떤 원소의 원자들은 그들과 결합하는 원자의 종류와 수에 따라 한 개 이상의 원자가를 갖기도 합니다. 방사능:어떤 원소의 원자핵은 자연적으로 변화합니다. 이러한 성질을 방사능이라 하고, 이러한 성질을 가진 원소를 방사성 원소라고 합니다. 핵의 변화는 단순히 양성자와 중성자의 위치만 바꿀 수도 있고, 실제로 양성자와 중성자의 수가 변할 수도 있습니다. 핵이 변화할 때에는 알파 입자, 베타 입자, 감마선과 같은 방사선을 내놓습니다.

 

 

원자 내부의 힘

양자역학이라는 물리학의 한 분야는 원자 내부의 힘과 원자 구성입자의 운동을 다룹니다. 이 분야는 1913년에 덴마크의 물리학자인 보어가 원자 내부에서 일어나는 전자의 운동을 설명하는 데 양자론을 쓴 데서 시작되었습니다. 그 뒤, 다른 물리학자들이 양자역학을 더욱 발전시켜 그 원리를 전자뿐만 아니라 핵에도 이용했습니다.