Atomic Nucleus   원자 핵

1. 원자 핵 (Atomic Nucleus)

  ㅇ 양성자와 중성자로 구성
     - 뉴크론/핵자 (Nucleon, 核子 : 양자와 중성자의 총칭)

  ※ 원자핵의 발견 :  1909년 레더포드
     - α 선 산란 실험 (알파 입자 산란 실험, 알파선 금박 실험)
        . 알파 입자선 (He2+) 대부분이 금속 박막을 그냥 지나치지만, 원자 핵 근처에서 약간 휘어짐
           .. (크기가 매우 작음),(양 전하를 띔),(원자 질량이 핵에 몰려있음)
     - 러더포드 (Ernest Rutherford, 뉴질랜드 출신 영국 물리학자, 1871 ~ 1937)
        . 주요 업적 : 원자 붕괴의 이론, 원자 핵의 발견, 원소의 인공 전환 등


2. 원자핵의 질량, 크기, 밀도

  ㅇ 원자핵 질량은, 실제적으로 원자 질량의 대부분을 차지함
     - 원자 질량은, 원자의 양성자,중성자의 질량 합으로 간주됨
     - 원자질량에 전자가 기여하는 바가 매우 작아서, 전자는 무시됨
  ㅇ 원자핵 크기는, 원자 전체 크기의 대략 10만분의 1 정도 (~ 10-13 ㎝)
     - (대형 운동장 한가운데 있는 사과 크기 정도) 
  ㅇ 원자핵 밀도는, 대략 1.6 x 1014 g/㎤ 정도


3. 핵자 (Nucleon : 양성자,중성자)

  ㅇ 양성자 (Proton)
     - 스핀이 1/2, 양(+) 전하를 가진 소립자로써, 원자핵의 기본구성 입자
        . 양성자 전하 : 1.6 x 10-19 [C]
        . 양성자 질량 : 1.7 x 10-27 [㎏]
        . 양성자 반경 : ~ 1 x 10-15 [m]

     * 양성자 명칭은, 1919년 레더포드가 명명함

  ㅇ 중성자 (Neutron)
     - 스핀이 1/2, 전하를 갖지 않는 중성 소립자
        . 대개 양성자와 같은 크기와 질량을 갖지만,
        . 전하는 띄지 않음 (중성 입자)

     - 통상, 무거운 원소일수록, 중성자 수는 양성자 수 보다 더 많음   ☞ 동위 원소
        . 중성자는, 양성자끼리 반발,흩어지지 않도록 묶어주는 역할

     - 또한, 중성자 수는 원자의 화학적 성질에 거의 영향을 미치지 않기 때문에, 
        . 특정 원소의 모든 동위원소는 본질적으로 동일한 화학적 성질을 가짐

     * 중성자의 발견 : 1932년 Chadwick (러더포드의 제자)

  ※ 비교표
       


4. 원자 핵을 설명하는 기호

  ㅇ  Z = 양성자수 = 원자번호

  ㅇ  N = 중성자수

  ㅇ  A (= Z + N) = 질량수 = 양성자와 중성자의 총 수

  ※ 화학 원소 기호  :  {#^{A}_{Z}X#}
     - 例) {#^{12}_{6}C#} : 탄소-12 (원자 번호 6, 질량수 12)


5. 원자 핵을 설명하는 용어

  ㅇ 동위원소 (Isotope)
     - 원자번호는 같으나 (즉, 양성자수가 같으나), 질량수가 다른 (즉, 중성자수가 다른),
       핵종들의 집합체 (동위원소 군)
        . 주어진 핵 전하에 대해, 질량이 다른 여러 핵종들을 모두 일컬음
     - 만일, 동위원소가 불안정하면, 이것이 방사성 붕괴를 통해 다른 핵으로 변환됨

  ㅇ 핵종 (Nuclide)
     - 동위원소 군에 속하는, 특정한 일원(멤버)을 나타냄
        . 동위원소 군 내 동위원소들은, 같은 원자번호를 갖는 여러 다른 핵종들을 의미함
        . 이들은, 원자핵 내 양성자수(Z)와 중성자수(N)에 의해 분류됨
     - 핵종의 구분 표기  :  원소기호, 질량수(A = Z + N) 모두 표기하여 구분 가능케함
     - 例) 탄소의 동위원소 군 내 핵종들
        . 탄소-12({#^{12}_6C#}), 탄소-13({#^{13}_6C#}), 탄소-14({#^{14}_6C#})

  ㅇ 핵력 (Nuclear Force)
     - 강력 (Strong Force) : 원자핵 속의 양성자,중성자를 묶어주는 힘 
        . 크기가 크나, 매우 짧은 거리(보통 10-15 이하)에서 만 작용
        . 비록, 양성자들 간에 쿨롱의 정전기적 척력이 있을지라도, 
        . 강력이 이를 이겨내고 핵 내부에 양성자,중성자들을 묶어둠
     - 약력 (Weak Force)   : 방사성 붕괴를 일으키는 힘
        . 양성자,중성자를 교환하는 힘