원자핵

원자핵(原子核, nucleus)은 원자의 중심 부분이다. 세포의 핵에 비유하여 이러한 이름이 붙었다. 핵자인 양성자와 중성자가 이루며, 핵자들 사이에 작용하는 강한 상호작용에 의해 양성자와 중성자가 결합하여 원자핵을 형성한다. 어니스트 러더퍼드가 이걸 발견하고, 행성 모형을 만들었다.

보통 원자를 표현한 그림에서는 이걸 크게 그리는데 사실 엄청 작다. 원자 전체의 크기가 야구 경기장이라고 치면 원자핵의 크기는 야구공 정도. 대성당 가운데 내려앉은 파리 정도의 크기라고도 비유된다.

비율을 보자면, 가장 작은 수소 원자핵은 전체의 1/145,000, 묵직한 우라늄 원자핵은 1/23,000의 크기를 갖는다.

원자핵과 주기율표

주기율표의 원자번호는 원자핵에 존재하는 양성자의 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 존재하지만 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. 엄청난 비용이 든다는 단점이 있지만. 이에 대해서는 핵융합과 핵분열을 참조.

기본입자?

이 핵자들이 기본입자라고 불릴 때도 있었으나, 이들은 그저 세 개의 쿼크로 이루어진 바리온이다. 양성자는 2업1다운, 중성자는 1업2다운 쿼크로 구성되어 있다. 이 쿼크가 기본입자인데, 그렇다고 쿼크를 쪼개지 못한다는 건 또 아니다. 어쩌면 이렇게 계속 계속 쪼개기만 할 뿐 기본입자라는 건 존재하지 않을지도

핵자들이 가지는 전하가 쿼크에 의해 정해지는데, 업쿼크는 +⅔e, 다운쿼크는 −⅓e를 가지고 있고, 이에 따라 양성자는 +1e의 전하를 가지고, 중성자는 전하를 가지지 않는다.