원자핵과 동위 원소

Atomic nucleus and isotopes

원자 무게의 거의 전부가 모여 있는 한가운데 «씨» 는 얼마나 작고, 무엇으로 되어 있을까요?

무슨 일이 일어났나

원자 한가운데의 원자핵(atomic nucleus)은 양성자와 중성자가 뭉친 작은 덩어리로, 원자 부피의 0.01 % 보다 훨씬 작은 자리를 차지하면서 원자 질량의 99.9 % 넘게를 가집니다(DOE).

원자핵의 반지름은 1~10 × 10⁻¹⁵ m 로, 보통 10⁻¹⁰ m 인 원자보다 1 만~10 만 배 작습니다(LBL).

양성자 수(Z)가 원소를 정하고, 양성자 수는 같고 중성자 수(N)만 다른 원자들을 동위 원소라고 합니다(DOE). 시뮬레이터에서 우라늄-235 와 우라늄-238 은 Z = 92 로 같고 N 은 143 과 146 입니다.

시뮬레이터 표(NIST 조성)에서 탄소-12 가 자연의 탄소에서 차지하는 몫은 0.989 입니다.

동위 원소라고 모두 방사능을 내는 것은 아니어서, DOE 는 안정 동위 원소가 254 가지 알려져 있다고 적습니다.

💡 생활 속 예시

  • 원자를 축구장(약 100 m)만큼 키워도 원자핵은 그 한가운데 놓인 지름 1~10 mm 의 구슬 정도입니다 — 원자핵이 원자보다 1 만~10 만 배 작기 때문입니다.
  • 부엌 수돗물 속 수소 원자 가운데 아주 적은 몫은 중성자를 하나 더 가진 수소-2(중수소)입니다 — 시뮬레이터에서 수소-2 를 고르면 자연에서 차지하는 몫이 1.15×10⁻⁴ 로 나옵니다.
  • 연필심(흑연)을 이루는 탄소 원자의 무게도 거의 전부 원자핵에 있어, 둘레 전자들이 차지하는 몫은 0.1 % 도 채 되지 않습니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 원자는 작은 알갱이들이 빈틈없이 꽉 찬 덩어리다.

    원자핵은 원자 부피의 0.01 % 보다 훨씬 작은 곳에 원자 질량의 99.9 % 넘게를 모아 두고 있어, 원자 속 대부분은 원자핵 바깥의 넓은 자리입니다. 출처

  • 동위 원소는 모두 방사능을 낸다.

    DOE 는 부서지지 않는 안정 동위 원소가 254 가지 알려져 있다고 적습니다. 출처

누가 왜 찾았나

1911 년 러더퍼드(Ernest Rutherford)는 모든 원자 한가운데에 원자핵이 있다는 것을 밝혔습니다(DOE). 그 뒤 1932 년 5 월 채드윅(James Chadwick)은 원자핵 안에 전하가 없는 새 입자, 곧 중성자도 들어 있다고 발표했습니다(APS).

확인된 값

모든 원자 한가운데에 원자핵이 있음을 밝힌 해 — 러더퍼드 (Ernest Rutherford)
1911 출처
원자핵이 원자 질량에서 차지하는 몫 (보통 99.9 % 넘게)
99.9 % 출처
원자핵이 원자 부피에서 차지하는 몫 (0.01 % 보다 훨씬 작다)
0.01 % 출처
양성자와 중성자를 묶는 힘 — 알려진 가장 센 기본 힘인 강한 힘
strong force 출처
원자핵 반지름 범위 (1~10 × 10⁻¹⁵ m)
1e-15–1e-14 m 출처
원자 반지름 (보통 10⁻¹⁰ m) — 원자핵보다 훨씬 크다
1e-10 m 출처
동위 원소 — 양성자 수는 같고 중성자 수가 다른 원자
same protons, different neutrons 출처
알려진 안정 동위 원소 수 (DOE)
254 개 출처
원자핵 안의 전하 없는 입자(중성자)를 발표한 해 — 채드윅 (James Chadwick)
1932 출처
양성자 질량 (CODATA 2022)
1.67262192595e-27 kg 출처
중성자 질량 (CODATA 2022) — 양성자보다 조금 무겁다
1.67492750056e-27 kg 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-06]
  • 잉글랜드 · KS4 Physics: Atomic structure
  • 일본 · 高等学校 物理 (4) 原子

출처

이어서 보기

같은 단원 · 원자핵과 방사선

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