원자는 물질의 기본성분이다

원자는 물질의 기본성분이다

 

 

원자는 “화학적인 방법으로” 더 이상 분해할 수 없는 물질의 기본성분이다

원자는 “화학적인 방법으로” 더 이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 물질이다

 

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원자의 본질, 근원, 핵심은 원자핵입니다.

원자가 어떻게 만들어졌는지를 생각해 봅시다.

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[빅뱅 우주론]

> 대폭발이 일어나 우주가 팽창하고 있으며, 우주 팽창에 의해 은하들 사이의 거리가 멀어지고 있다.

> 우주 전체의 질량이 변하지 않으므로 우주가 팽창하면서 우주의 온도와 밀도가 감소한다.

 

 

 

[물질의 탄생]

> 현재 우주에 존재하는 물질은 빅뱅 이후 만들어진 것이다.

> 빅뱅이 일어난 직후 쿼크, 전자 등과 같은 기본 입자가 생겨났고, 우주의 온도가 낮아짐에 따라 양성자와 중성자, 헬륨 원자핵, 원자 순으로 물질이 만들어졌다.

> 이후 원자들이 중력에 의해 모여 최초의 별과 은하가 탄생하였다.

 

 

 

 

 

빅뱅(Big Bang)과 함께 우주에는 쿼크(quark), 전자(electron)와 같은 소립자(기본 입자, elementary particle이라고도 함)가 생성됩니다.

우주의 온도가 점차 낮아지면서, 쿼크가 결합하여 양성자(proton), 중성자(neutron)가 생성됩니다.

 

 

“빅뱅 후 10^(-6)초가 지난 후에는 강력에 의해 쿼크들이 결합하면서 양성자와 중성자가 생성되었습니다. 이때 생성된 양성자와 중성자의 개수 비율은 1:1로 같았고, 양성자와 중성자는 서로 변환(붕괴)되기도 했습니다. 빅뱅 후 10^(-1)초가 지나자 양성자와 중성자의 생성은 중지되었고, 양성자가 중성자로 변환(양전자 방출)되는 개수보다 중성자가 양성자로 변환(베타 방출)되는 개수가 더 많아 우주에는 양성자가 중성자보다 약 7배 정도 많게 되었습니다.”

( 빅뱅 이후 3분 후 헬륨 원자핵이 생성되었다. )

 

 

 

 

수소 원자핵(atomic nucleus)은 양성자 1개로 이루어져있으므로, 우주에서 최초로 만들어진 원소는 수소 (원자핵)입니다.

다음으로 양성자와 중성자가 결합하여 수소의 동위원소인 중수소, 삼중수소 원자핵이 생성되었고, 이들 입자들의 핵융합 반응 결과 헬륨 원자핵이 생성됩니다.

( 참고: 중수소 핵융합 https://ywpop.tistory.com/16632 )

 

우주의 온도가 3000℃까지 낮아졌을 때, 수소 원자핵과 헬륨 원자핵은 전자를 붙잡을 수 있게 되었고, 그 결과 중성 원자인 수소 원자와 헬륨 원자가 생성됩니다.

 

 

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즉, 원자핵이 먼저 만들어지고,

훨씬 나중에 원자핵의 인력에 의해 전자가 붙잡혀서

원자가 만들어졌습니다.

 

 

원자의 질량만 보더라도, 질량의 거의 대부분은 원자핵의 질량입니다.

이 때문에, Mg^2+ 이온, Al^3+ 이온의 질량은 각각 Mg, Al의 원자량을 그대로 사용합니다.

 

 

따라서 “원자 ≡ 원자핵”이 됩니다.

그래서 원자가 이온이 되더라도, 즉 원자가 전자를 잃거나 얻더라도,

원자핵은 그대로 이므로, 이것을 원자가 분해되었다거나, 쪼개졌다고 볼 수 없습니다.

더군다나 이온은 전자를 다시 얻거나 잃으면 본래의 원자로 되돌아옵니다.

만약 원자가 분해되었다거나, 쪼개졌다면, 즉, 변했다면,

전자를 다시 얻거나 잃어도 본래의 원자로 되돌아올 수는 없을 겁니다.

 

 

그러므로

“원자는 화학적인 방법으로 더 이상 분해할 수 없는 물질의 기본성분이다.”

“원자는 화학적인 방법으로 더 이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 물질이다.”

라는 말은 옳은 말이며, 또한 이와 같이 원자를 정의할 수 있습니다.

 

 

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화학자의 관점에서,

화학적 변화, 즉 화학 반응은

반응물들끼리 원자를 주고받는

“원자들의 재배치”로 볼 수 있다.

N2 + 3H2 → 2NH3

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

 

 

이 과정에서 양성자, 중성자,

혹은 그 이하의 단위는 볼 수 없다.

이 때문에

물질의 최소 단위를 ‘원자’라고 ‘정의’하는 것이다.

 

 

이렇게 ‘정의’하는 것이,

가장 단순하고, 가장 편하고,

또한 이어지는 다른 것들을 설명하기 좋기 때문이다.

원래 과학에서 ‘정의’는 이런 특성을 포함하고 있다.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/2984 ] 원자와 분자, 원소와 화합물의 정의

 

 

 

[키워드] 빅뱅 기준문서, 기본 입자 기준문서, 빅뱅 사전, 가장 작은 물질은 원자 기준문서, 물질의 최소 단위는 원자 기준문서, 물질의 기본 단위는 원자 기준문서, 물질의 기본 입자는 원자 기준문서