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[원자력 탐험대 6화] 눈에 보이지 않는 아주 작은 알갱이, 원자

  • 2014.06.26.
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눈에 보이지 않는 아주 작은 알갱이, 원자
원자핵과 그 주위 도는 전자로 이루어져

이 세상의 모든 물질은 아주 작은 알갱이(입자)로 이뤄져 있다. 물은 물론 공기조차 아주 작게 쪼개면 원자라는 알갱이에 이르게 된다.
즉, 원자는 산소(O), 수소(H)와 같은 원소들이 성질을 잃지 않으면서 물질을 이루는 가장 작은 입자를 말한다. 그리고 이들 원자가 모여 구성된 분자는 물과 공기 등 물질의 성질을 가진 최소단위이다.

재미있는 사실은 지금까지 과학자들이 찾아낸 원자는 100여 종밖에 되지 않는다는 것이다. 세상에 수많은 물질이 있는데, 원자의 수가 그렇게 적을 수 있느냐고? 답은 ‘그렇다’ 이다. 예컨대 과학 시간에 물은 수소와 산소로 이뤄졌다고 배웠을 것이다. 그런데 상처가 났을 때 소독을 위해 뿌리는 과산화수소수 역시 산소와 수소로 만들어졌다. 0부터 9까지의 숫자를 이용하면 수많은 다른 수가 탄생하는 것과 마찬가지이다.
원자모형의 변천과정

[ 원자모형의 변천 과정 ]

△원자는 얼마나 작을까?

물질을 쪼개고 쪼개면 얼마나 작아질까? 가장 작은 알갱이인 원자는 돋보기나 일반현미경으로도 볼 수 없을 만큼 크기가 작다.
우리 몸을 이루는 세포를 눈으로 볼 수 없는 것처럼. 그래서 한동안 과학자들은 원자의 모양을 제각각 상상해 만들어 냈다. 그러다 20세기 들어서면서 많은 과학자의 노력으로 눈에 보이지 않는 원자의 존재가 비로소 확인됐다.

원자는 종류에 따라 크기가 다른데, 수소의 경우 반지름이 약 0.3×10-8㎝다. 1억 개의 수소 원자를 한 줄로 배열해야 겨우 1㎝가 될 만큼 작다. 또 원자의 크기를 1억 배로 늘려야 겨우 탁구공만 해진다.

△ 원자도 쪼갤 수 있다?

과학에 흥미가 있는 어린이라면 ‘원자는 더는 쪼갤 수 없다’는 말을 들어 봤을 터다. 실제로 19세기까지도 원자는 더는 나눌 수 없는 가장 작은 단위로 알려졌다. 원자의 영어이름인 ‘아톰’(Atom)도 그리스 어로 ‘나눌 수 없는’이라는 뜻의 ‘아토모스’(atomus)에서 유래했다.

그러나 과학의 발달로 아주 작은 원자도 쪼갤 수 있다는 것이 확인되었고, 이를 통해 원자는 또 어떤 알갱이로 구성되었는지 알게 되었다.

결론부터 말하자면, 원자의 한가운데에는 양성자와 중성자로 이뤄진 단단한 알갱이인 원자핵이 위치한다. 그리고 이 원자핵 주위에는 전자들이 돈다. 이와 관련해 태양을 중심으로 지구가 공전하듯 그려진 원자구조의 그림을 본 적이 있을 것이다.

 

△ 원자핵이 무게의 대부분 차지

양성자와 중성자로 이뤄진 원자핵의 크기는 원자의 1만 분의 1 정도밖에 되지 않는다. 또 원자의 한가운데 중심을 잡고 있기 때문에 태양처럼 움직이지 않는다. 그런데 이처럼 작은 원자핵은 원자의 무게 대부분을 차지한다. 크기와 비교하면 무게가 많이 나가는 특징을 통해 과학자들은 원자핵이 많은 에너지를 품고 있음을 알았다. 아울러 원자핵을 둘러싼 원자 안은 거의 빈 상태와 같다는 것도 밝혀냈다. 물론 원자핵의 주위를 도는 전자 수도 원자의 무게에 영향을 준다. 전자 수가 많을수록 원자는 무거워지는 것이다.

수소나 헬륨의 경우 무게가 아주 가볍다. 풍선에 수소나헬륨가스를 넣으면 하늘로 둥둥 떠다니는 것을 보면 잘 알 수 있다. 반면에 우라늄은 아주 무겁다. 원자핵과 마찬가지로 같은 크기의 물질 중 무게가 더 많이 나가는 쪽이 더 많은 에너지를 품게 마련이다. 이것이 바로 원자력발전에 우라늄을 사용하는 이유 중 하나다.

원자력탐험대 6회

 

– 작성 : 소년한국일보 윤석빈 기자 binys@snhk.co.kr

– 원문보기 : 소년한국일보 http://ka.do/GSs6

 

>>원자력탐험대 다른 호 보러 가기<<

1화_인류발전의 원동력 불   http://blog.khnp.co.kr/blog/archives/5733

2화_전기의 발견과 발전의 종류 http://blog.khnp.co.kr/blog/archives/5811

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4화_지구온난화와 에너지 http://blog.khnp.co.kr/blog/archives/7626

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