원자

• 동음이의어·다의어/ㅇ

1 과학의 원자

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원자 구성 입자
원자핵		전자
양성자	중성자
업 쿼크 + 다운 쿼크

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(양자역학으로 밝혀진 실제 모습과는 다르다. 하지만 아무래도 직관적이기에 여전히 쓰고 있기는 한다. 상대성 이론이 있지만 여전히 뉴턴 역학을 쓰는 것과 비슷하다. 정확한 모습은 아래 구조 항목을 보면 된다.)

原子
영어로는 Atom. 이 아톰과 헷갈리면 심히 곤란하다.
화학적으로 더 이상 쪼개지지 않는 물질의 기본단위로 여겨졌었다. 현재는 전자, 중성자, 양성자 등이 존재. 중심에는 원자핵이 그리고 그 주변에는 전자들로 둘러싸여져 있다.

1.1 어원

무려 기원전 450년경에 데모크리토스가 그리스어의 부정을 뜻하는 á와 자름을 뜻하는 tomos를 합성하여, átomos라는 자를 수 없음을 뜻하는 단어를 만들어냈다. 그리고 이것은 흑역사로 취급되어 묻히게 되는데...

근대에 이르러서야, 테모크리토스의 원자론을 재발견하고 atom이라는 단어를 정립하게 되었다.
한자로는 근본이 되는 물질이라 하여 근본 原을 사용, 原子로 확립되었다.

애니메이션 열혈최강 고자우라의 마지막 기계화제국 사천왕 멤버중에서, 원자왕이 여기의 모티브에서 따왔다.

물론 현대에 이르러서 원자도 쪼개진다는 걸 밝혀냈기 때문에, 전류의 방향이 실제로는 반대인 것처럼, 현재에 와서는 어원의 뜻과 실제 정의가 판이하게 되어버렸다.

1.2 구조

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양성자, 중성자, 전자로 이루어져 있다.

중심에는 원자핵을 이루는 핵자인 양성자, 중성자가 모여있고, 전자는 핵 주변에 분포하며, 이 전자의 분포를 나타내는 전자구름이 위치해있다.

이러한 구조를 쉽게 이해하기 위해서 축구장을 원자에 비유해서 자주 예로 드는데, 만약 원자가 축구장이라면, 원자핵은 축구장 중앙에 놓인 축구공과 같고, 전자는 경기장에서 주로 축구공 근처에 떠돌아다니는 먼지 정도에 불과하다. 원자는 텅 비어있다고 생각해도 무방하다. 실제로 자신이 원자라는 축구장에 들어가있다면 안에는 희미하게 보이는 축구공을 제외하고는 아무것도 없다고 생각할 수 밖에 없다.

물론 정확하게 원자와 원자핵의 크기의 비율이 정확히 축구장과 축구공이라는 의미가 아니며 원자마다 다르다. 아주 대충 잡으면 원자가 지구 크기라면 원자핵은 남대문 정도 된다고 한다. 정확한 길이 수치를 비교하자면, 원자의 반지름은 [math]10^{-10}[/math] m, 핵자의 수를 [math]A[/math]라 할 때 원자핵의 반지름은 [math]1.07 \sqrt[3]{A} \times 10^{-15}[/math] m, 양성자 하나로 이루어진 수소 원자의 경우라면 약 원자와 원자핵의 크기의 비율은 약 '100,000 : 1' 이 된다. 그리고 전자의 경우에는 현재 기술로는 도저히 크기를 측정할 수가 없을 정도니 말 다했다.

질량으로 따지면, 핵자의 경우 약 [math]1.67 \times 10^{-27}[/math] kg이고 전자는 [math]9.11 \times 10^{-31}[/math] kg으로 핵자가 전자에 비해 대략 1800배나 무겁다. 사실상 원자의 질량은 원자핵이 다 차지하고 있는셈.

자연적으로는 원자는 전하를 가지지 않는다. 원자핵이 양전하를 가지나, 그만큼 음전하인 전자가 원자를 이루기 때문. 전자가 너무 적거나 너무 많으면 양전하나 음전하를 띄기도 한다.

1.2.1 원자핵

핵자인 양성자와 중성자가 이루며, 핵자들의 사이에 작용하는 핵력에 의해 양성자와 중성자가 결합되어 원자핵을 형성한다.

주기율표의 원자번호는 이 원자핵의 양성자 개수를 뜻한다. 즉 원자번호 1인 수소는 양성자가 하나, 원자번호 92인 우라늄은 92개의 양성자를 가지고 있다. 여기서 중성자를 빼놓으면 섭섭한데, 양성자의 수는 같으나 중성자의 수가 다르면 동위원소가 된다. 원자번호 0인 원소가 없듯 중성자가 없는 원자는 존재하나 양성자가 없는 원자는 존재하지 않는다.

양성자의 수에 따라 어떤 원소인지가 결정나므로, 즉 원자가 가지고 있는 양성자의 수를 바꿔버리면 원소를 다른 원소로 인위적으로 바꾸는 연금술도 가능하다고 할 수 있겠다. 양성자를 비롯한 핵자의 수를 바꾸는 대표적인 기술이 핵융합, 핵분열.

자세한 사항은 원자핵 항목을 참조하자.

1.2.2 전자

흔히 전자가 원자핵 주변을 도는것으로 생각하는 사람이 많으나, 정확히 말하면 전자는 그냥 원자핵 주변에 존재해있는 것이다. 그것도 위치가 정해진것도 아니며, 전자는 어디에든 확률적으로 존재할 수 있다. 극단적으로 말하면 지구에 있는 수소원자의 전자가 안드로메다에 있을 수도 있다. 다만 핵에서 가까울수록 그 위치에 대해서 전자가 존재할 확률이 올라가고 반대로 핵에서 멀어질수록 존재할 확률이 낮아진다. 그리고 이 전자의 분포는 띠 형태로 나타나게 되는데 이 형태를 전자구름이라고 부른다.

원자핵 주변을 도는 모델이 실패하는 이유는 다음과 같다. 먼저, 해당 모델은 매우 불안정하다. 전자와 전자사이에 작용하는 척력까지 고려한다면 원자는 외부의 약한 충격에도 붕괴되어야 한다. 만일 우리가 고전역학적인 모델을 채용한다면 그런 불안정성에 의해 순식간에 빛으로 와해버릴 수도 있다. 존재할 확률이라고 하는 것은 다소 우화적인 표현이고, 사실은 해당 상태가 중첩되어 있다는 것이 올바른 표현이다. 여기까지를 그림으로 표현하면 다음과 같다.

보어의 원자모델에서 일어날 수 있는 일. 당연하지만 이런 일은 일어나지 않는다. 참고로 이 모형에서 전자가 원자핵에 포획되지 않기 위해서는 최소 초속 1000km대 이상으로 움직여야 한다.

전자구름 모델. 오비탈 모델이라고도 하며, 색이 입혀진 부분은 매우 높은 확률로 전자를 찾을 수 있는 지역을 의미한다. 그림에서의 색은 파동함수에서의 위상을 나타낸다. 색이 없는 부분에서도 발견할 수는 있으나, 그 확률은 매우 낮다.

여하튼 무슨 말인지 모르겠다면 그냥 포기하든지 혹은 양자역학을 참고하자.

전자의 개수는 원자핵의 양성자의 개수와 같다. 양성자는 양전하를 가지고 전자는 음전하를 가지는데, 이 전하량이 둘다 같다. 즉 양성자와 전자의 전하가 일대일 대응이 되고, 양성자로 인해 양전하를 띄는 원자핵은 원자가 중성이 될 때까지 계속해서 전자를 붙잡아두면서 결국에는 양성자와 수가 같은 전자가 원자내에 존재하게 되는 것.

1.3 원자의 크기

원자의 크기는 기준을 어떻게 두느냐에 따라 크게 달라진다. 대표적인 기준들로는 반데르발스 반지름, 공유반지름, 보어반지름 등이 있다.

1.4 원자론의 역사

원자론 항목 참고

2 元子

동아시아에서 군주의 맏아들을 가리키는 용어. 태어난 후부터 세자책봉식 이전까지 이 호칭으로 불린다.

임금의 맏아들이므로 개망나니성 병크만 터뜨리지 않는다면 세자에 책봉된 후 왕이 되는 정석적인 테크를 탈 수 있다. 다만 조선에선 유달리 이 테크를 타고 즉위한 왕이 드물었다. 대한제국 포함 27명의 국왕 중 기껏해야 문종, 단종, 연산군, 인종, 현종, 숙종, 경종의 단 7명만이 여기에 들어가며 그 중 정상적으로 천수를 누리고 승하한 왕은 숙종 뿐이다.

황제의 맏아들의 경우에는 원자에서 책봉 후 '태자'로 불린다.,