이 글은 SRI 시험 합격 당시 정리한 수기를 바탕으로 재구성했습니다. 학습 참고용 답안이며, 실제 채점자의 기준과 일치하는 지는 확인되지 않았습니다.
1. 문제
원자와 원자핵을 구성 입자, 전하, 크기 및 질량 분포의 관점에서 비교하여 설명하시오.
비교 기준은 ARPANSA의 원자구조 설명을 참고한다.
2. 모범답안
원자는 중심의 원자핵과 그 주위의 전자로 이루어진다. 원자핵은 양성자와 중성자로 구성되며, 두 입자를 핵자라고 한다. 다만 수소1의 원자핵에는 양성자 한 개만 있고 중성자는 없다.
양성자의 수가 Z일 때 원자핵의 전하는 +Ze이다. 여기서 e는 양성자 한 개가 갖는 기본전하의 크기이다. 전자 수가 Z인 중성 원자는 양전하와 음전하가 상쇄되어 전체 전하가 0이다. 전자를 잃거나 얻은 이온은 전하를 띤다.
원자의 크기는 대략 10⁻¹⁰ m, 원자핵은 대략 10⁻¹⁵~10⁻¹⁴ m 척도이다. 원자핵은 원자보다 훨씬 작지만 원자 질량의 대부분을 차지한다. 전자 분포는 원자의 크기와 화학적 성질을 이해할 때 중요하며, 핵의 구성과 에너지 상태는 핵의 성질을 이해하는 기준이다. ARPANSA 원자구조, IAEA의 원자 구조와 핵 반지름 설명 §1.2.1·§1.3.1
3. 문제를 풀기 위해 알아야 할 내용
3.1 원자 안에 원자핵이 있다
두 용어는 같은 대상을 가리키지 않는다. 원자핵은 원자를 구성하는 중심 부분이다. 원자를 설명하면서 전자를 빠뜨리거나, 원자핵의 구성 입자로 전자를 나열하지 않도록 한다. 전자구름은 전자의 분포를 표현하며, 그림의 선을 실제로 정해진 궤도라고 받아들이지 않는다. ARPANSA 원자구조
3.2 크기와 질량은 같은 비율로 분포하지 않는다
원자 전체는 대략 10⁻¹⁰ m, 핵은 대략 10⁻¹⁵~10⁻¹⁴ m의 크기 척도로 비교한다. 이는 모든 원소의 정확한 반지름을 뜻하는 고정값이 아니다. 핵이 작다고 해서 질량 비중도 작다는 결론을 내리면 안 된다. IAEA Nuclear Medicine Physics §1.2.1·§1.3.1의 원자와 핵의 크기 설명
3.3 답안에서 비교 항목을 맞춘다
‘원자는 핵과 전자로 구성된다 → 핵은 양전하를 띤다 → 중성 원자는 전체 전하가 0이다 → 핵에 질량이 집중된다’의 순서로 쓰면 비교 기준이 분명해진다. 원자번호 Z는 양성자 수, 질량수 A는 양성자와 중성자의 수를 합한 값이다. 질량수는 입자 수를 세는 정수이며, 실제 원자질량의 수치와 항상 정확히 같지는 않다. ARPANSA의 Z·N·A 정의
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