물질의 구성요소 원자와 분자 :: 원자핵(양성자, 중성자), 전자

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물질의 구성요소

 

우리 주변에서 관찰되는 모든 것들이 물질로 구성되어 있습니다. 이 물질들은 기본적으로 고체, 액체, 기체, 플라즈마라고 하는 4개의 기본상태로 존재하며, 이러한 물질의 기본 구성요소는 원자와 분자입니다.

atom

 

원자는 원소의 특성을 유지하는 범위에서 도달할 수 있는 물질의 가장 작은 단위 입자로 원자의 중심에 원자핵이 있고 그 주변에 전자가 존재합니다. 분자는 물질의 고유한 성질을 가지는 가장 작은 단위 입자로 물질에서 화학적 성질을 잃지 않고 분리될 수 있는 최소 입자를 말합니다. 1원자 분자도 존재하지만 보통 2개 이상의 원자가 공유결합에 의해 결합되어 이루어지고 독립된 형태로 행동합니다.

 

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원자를 구성하는 양성자, 중성자, 전자

 

양성자

양성자는 중성자와 함께 원자핵을 구성하는 핵자(핵을 이루는 기본 입자)입니다. 원자는 양성자의 수에 의해 원자번호가 결정됩니다. 양성자의 질량은 1.67262 x 10^-27kg으로 이는 전자 질량의 1,836배에 해당합니다.

 

양성자는 3개의 쿼크로 구성된 강입자이며, 2개의 업 쿼크와 1개의 다운 쿼크로 이루어져 있습니다. 반대 전하를 가진 전자와는 서로 끌어당기며, 양성자 간에는 서로 반발합니다.

 

양성자는 다른 입자로 붕괴되지 않는 안정적인 입자이며, 자유 양성자는 전자에서 양성자를 분리할 수 있는 충분한 에너지가 있을 때 만들어집니다. 자유 양성자는 플라즈마에서 발견되고 우주선(cosmic ray)의 90%는 양성자로 구성되어 있습니다. 불안정한 자유 중성자의 붕괴는 양성자, 전자, 반중성미자를 생성할 수 있습니다.

 

중성자

중성자는 원자핵에서 양성자와 함께 발견되며, 전기적으로 중성을 나타냅니다. 중성자 수에 의해 동위원소를 결정합니다. 중성자 역시 강입자의 일종으로 1개의 업 쿼크와 2개의 다운 쿼크로 구성되어 있습니다. 중성자의 질량은 1.67492729 x 10^-27kg으로 양성자와 비슷하지만 약간 더 무겁습니다.

 

중성자는 스핀이 1/2인 페르미온이며, 핵에서 중성자를 방출하는 것이 가능하지만 평균적으로 중성자 자체는 15분(평균 수명 약 881.5초) 동안 생존합니다. 중성자는 핵연쇄 반응 조절이 가능해 원자력 발전에서 중요한 요소로 사용됩니다.

 

전자

전자는 원자핵 주변에 존재하며, 질량은 9.10938 x 10^-31kg으로 중성자나 양성자에 비해 매우 작습니다. 전자는 전류를 전도하는 주요 수단입니다.

 

전자의 반입자는 양전자 또는 반전자라고 하며 전자와 양전자가 충돌하면 모두 소멸되고 감마선이 방출됩니다. 전자는 진공상태에서 자유롭게 존재할 수 있는데 이를 자유전자라고 합니다. 금속의 전자는 자유전자처럼 행동하고 전류라고 하는 전하의 흐름을 만들 수 있습니다. 그리고 원자 간에 전자를 전달하거나 공유한 것이 화학결합입니다.

 

양자역학에서 전자는 고유한 물리적 특성을 사용하여 구별할 수 없기 때문에 서로 동일한 것으로 간주되며, 시스템 내에서 관찰 가능한 변화를 일으키지 않고 서로 위치를 바꿀 수 있습니다.

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