<p>양이온, 음이온이야 정전기적 인력이 작용해도,<br >핵심부 전자나 핵전하로 인해 일정 거리이하에서 반발력이 작용해서 일정거리 이상 더 접근하지 않는다고 알고있는데요, <br >마이너스 전하인 전자가 플러스 전하를 띠는 원자핵과 완전히 결합하지 않게되는 근원은 뭔가요??</p>
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쉽게 이야기 드리면, 지구와 달이 있는데 지구와 달은 만유인력 법칙에 의해서 서로 끌어당깁니다. 그런데, 왜 지구와 달은 서로 안부딪히고 있을까요? 달이 시계방향으로 지구를 돈다고 가정했을때, 떨어진만큼 오른쪽으로 이동합니다. 그렇게 함으로써 계속해서 원운동한다고 어린학생에게 설명을 하지요. 그런데 원자 모형에서는 다르게 됩니다. 전자가 돌게 된다고 생각하지요. 전자가 이동하는겁니다. 전자가 이동하면 전류가 흐르게 되죠. 전류가 흐른다는 말은 자기장과 전기장이 생긴다는 말이고 결국, 전자파가 방출됩니다. 전자파가 방출되면
에너지를 잃게 되죠. 즉, 예를 들어 설명한 오른쪽으로 이동하려는 힘을 잃게 됩니다. 그럼 전자가 추락하죠 원자핵으로 여기에서 러더퍼드의 원자모형의 오류가 생기게 됩니다. <--- 여기가 시더프론트님이 하신 생각인거 같습니다. 이것을 해결을 시도한것이 닐스 보어죠. 닐스 보어는 여기에 에너지 양자화라는 가정을 더합니다. 그렇게 함으로써 전자는 일정 궤도를 돌고 있고 그때는 전자기파를 방출하지 않고 에너지 준위의 이동에 의해서만 에너지가 방출된다고 한거죠. 대략 뒤에 이야기를 더 이어 나갈수는 있지만 생략하고 대략적으로 말씀드리면...
전자를 particle로 가정하고 있다는것 자체부터 지금 모순의 시작인거 같습니다. 전자를 쉽게 가르치기 위해서 보어의 모형으로 설명을 하지만 현대의 원자모형은 핵주위로 전자 알갱이가 돌고 있다고 말하기 쉽지 않습니다. 그럼에도 각운동량 보존이라던지 다루는데...
결론만 말씀드리자면
양자화학이나 양자물리학에서 하이젠베르크의 불확정성 원리와 함께 오비탈 내용까지 이어지면서 취급하는것의 전제조건인 "전자가 미시세계로 가게 되면 입자로 취급하지 아니한다."인거 같네요. 현대의 원자모형은 가운데 원자핵이 존재하고 그 주위에 전자구름이 형성되어 둘러싸고 있습니다. 어디까지나 그것조차 확률일 뿐입니다.
보어모형에 대한 이야기가 많이 나오니 그쪽으로 이해하시는 건지, 제가 보어모형에서 제기된 문제를 다른 방식으로 제기하는 것인지는 모르나 최소한 저는 보어모형의 문제점에 대해 알고있고, 다른 관점으로 질문을 드린겁니다^^ 그리고 전자를 입자로만 보지 않는거지 전자는 입자성을 띱니다.
다른 방식으로 질문드려보겠습니다. 양성자는 전자를 포착해서 중성미자를 방출하고 중성자가 될 수 있습니다. 그런데 이게 안정한 동위원소에서는 일어나지 않는 것인가 하는 점이 제 질문입니다. 이해 되시나요?
실제로 K포획이라고 하여 가장 안쪽 전자가 양성자에 포획되어 중성자가 되는 과정이 있습니다. 다만 중성자에 비해 양성자가 많은 불안정한 핵이나 중성자별의 중심에서 중력에 의한 압력을 받을 때 생기는 현상입니다. 일반적으로 양성자와 중성자가 1:1 또는 1:1.5정도의 비율로 형성된 원자핵에서는 양성자와 중성자가 서로 안정하게 잡아주어 핵이 안정하게 유지되고 있지만 그 외의 경우에는 어떤 입자가 많은가에 따라 안정한 핵이 되기 위해 alpha, beta붕괴와 그에 수반된 gamma붕괴가 일어납니다. 즉 전자가 포획되는 것이 절대로 일어나는 일이 아닌 것은 아니지만 일반적으로 안정된 핵에서는 거의 일어나지 않고 있으며 대부분의
불안정한 핵은 붕괴과정을 거치며 안정한 핵이 되어 alpha, beta, reverse beta같은 핵반응이 발생하지 않습니다. 제 생각에는 원자핵이 안정한 것은 핵력이 양성자와 중성자 사이의 입자교환때문이며 이 과정에서 소외된 쌍이 생기면 여분의 양성자에 의해 알파붕괴 또는여분의 중성자에 의해 중성자 붕괴가 발생하는 것이라 생각됩니다.
인공위성이 지구 중력권 안으로 추락하지 않는건 중력에의해 추락하는만큼 일정한 속도로 운동해서 이를 상쇄하기 때문이라고 알고 있습니다. 인공위성이 지구로 추락하지 않는 이유와 같이 전자가 원자핵으로 추락하지 않는 이유는 전자가 어떤 운동을 하고 있기 때문으로 생각하니 이해가 될 것 같습니다. 답변 감사합니다.
원하시는 대답이 될 지는 모르겠지만, 안정할 수록 핵자당 결합에너지가 큽니다. 그래서 핵융합이든 핵분열이든 일으키며 가장 안정한 원자핵 상태인 철 쪽으로 핵반응이 진행되구요. 붕괴는 "안정한 상태"가 되기 위해 일어납니다. 전자포획은 베타+붕괴를 하기에는 에너지가 부족할 때 일어납니다. 즉, 딸핵과 모핵의 에너지차이가 너무 작아 베타+붕괴가 못일어나는 거죠. 그 때 전자포획으로 에너지를 낮추며 안정한 상태로 됩니다. 일부 우주 모델에서는 가장 안정한 원자인 Fe-56이 될 때까지 핵융합, 핵분열이 계속 될것이라 예언합니다. 결국, 전자포획보다 더 많이 안정해 지는 길을 택하게 되고, 그게 전자포획 이외의 붕괴
들이며, 전자포획을 하더라도 더 안정해지기위해 핵분열이건 핵융합을 계속 한다. 최종적으로 Fe-56이 된다면 전자를 포획했을 때 불안한 상태가 되기 때문에 다시 제 상태로 돌아올 것이고, 그래서 Fe-56이 가장 안정하다. 라는 겁니다.
양성자가 전자를 끌어들이는 전자포획이 항상 일어나지 않는 이유를 핵력으로 설명 해보라시는 건데, 전자포획은 weak+ boson이 개입하는 약력으로 설명합니다. 이건 전자포획의 이유지, 포획이 일어나지 않는 이유를 설명하는 것은 아닙니다. 강력이나 약력으로 인해 전자가 안정적으로 핵 주위를 돈다? 이 말씀인 건가요? 즉, 글루온이 전자의 침투를 방해한다. 그건 아니구요, 약력이 전자의 침
투를 방해한다? 그런 것도 아닙니다. 님께서 말씀하시는 "핵력이 원인이라는 듯한 언급" 이게 어디에 있나요? 지금 여러 사람들이 님께서 말씀하신 그 "듯한"이라는 부분때문에 쓸데없는 두뇌의 낭비를 하고 있는 게 아닌가.. 하는 생각이 들 정도입니다. 저는 그냥 에너지의 관점으로 설명드렸습니다. 덕분에 자료는 참 많이 찾아보았습니다.
옥스토비 일반화학 핵화학 단원 초입에 있는 내용입니다. '핵의 작은 크기(원자에서 1조분의 1보다 작은 공간을 차지함)와 핵을 구성하고 있는 양성자와 중성자 사이의 강한 핵력 때문에 핵의 거동은 대부분 전자와 이웃한 핵 등의 바깥 세계로부터 고립되어 있다.' 이 문장에서 어째서 강한 핵력이 원자핵을 고립시킨다고 하였는지가 궁금합니다.
임용전공화학 수준에서 핵력을 다루지 않기때문에 핵력을 더 얘기할 필요는 없는거 같습니다. 다만 핵력과는 그다지 상관없어보이지만 전자포획 과정만 놓고 얘기할 부분은 있는거 같습니다. 전자포획 과정이 일어나는 이유는 전자포획 과정이 일어남으로써 원자핵이 안정해 질 수 있는 조건일때라고 하셨습니다. 이건 반대로말하면 전자포획이 일어날때 원자핵이 불안정해진다면 전자포획이 일어나기 힘들것이라 볼 수 있을거 같습니다.
"핵의 거동은 대부분 전자와 이웃한 핵 등의 바깥 세계로부터 고립되어 있다." 이 부분 때문이었군요. 핵자들과 핵을 이루는 쿼크들은 강력으로 결합해 있습니다. 양성자, 중성자 안에서 쿼크들은 거의 광속으로 날아다니고 있구요. 글루온을 쿼크들이 끊임없이 주고 받으면서 생겨나는 게 강력인데, 전자와 중성미자들에는 강력이 전혀 작용하지 않습니다. 때문에 주변의 전자와도, 주변 다른 원자의 핵과도 아무 관련없이 "고립"되어 있다는 말입니다. 강력이 전자포획을 방해해서 고립되어 있다고 오해 하셨었던 거네요.
"전자포획의 결과가 핵의 불안으로 이어진다면 전자포획은 일어나지 않는다." 정확하게 파악하셨습니다.
첫댓글 보어 원자 모형에 관련된 이야기를 하시네요.
쉽게 이야기 드리면, 지구와 달이 있는데 지구와 달은 만유인력 법칙에 의해서 서로 끌어당깁니다. 그런데, 왜 지구와 달은 서로 안부딪히고 있을까요? 달이 시계방향으로 지구를 돈다고 가정했을때, 떨어진만큼 오른쪽으로 이동합니다.
그렇게 함으로써 계속해서 원운동한다고 어린학생에게 설명을 하지요.
그런데 원자 모형에서는 다르게 됩니다. 전자가 돌게 된다고 생각하지요.
전자가 이동하는겁니다. 전자가 이동하면 전류가 흐르게 되죠. 전류가 흐른다는 말은 자기장과 전기장이 생긴다는 말이고
결국, 전자파가 방출됩니다. 전자파가 방출되면
에너지를 잃게 되죠. 즉, 예를 들어 설명한 오른쪽으로 이동하려는 힘을 잃게 됩니다. 그럼 전자가 추락하죠 원자핵으로 여기에서 러더퍼드의 원자모형의 오류가 생기게 됩니다. <--- 여기가 시더프론트님이 하신 생각인거 같습니다.
이것을 해결을 시도한것이 닐스 보어죠. 닐스 보어는 여기에 에너지 양자화라는 가정을 더합니다. 그렇게 함으로써 전자는 일정 궤도를 돌고 있고 그때는 전자기파를 방출하지 않고 에너지 준위의 이동에 의해서만 에너지가 방출된다고 한거죠.
대략 뒤에 이야기를 더 이어 나갈수는 있지만 생략하고 대략적으로 말씀드리면...
전자를 particle로 가정하고 있다는것 자체부터 지금 모순의 시작인거 같습니다.
전자를 쉽게 가르치기 위해서 보어의 모형으로 설명을 하지만 현대의 원자모형은 핵주위로 전자 알갱이가 돌고 있다고 말하기 쉽지 않습니다. 그럼에도 각운동량 보존이라던지 다루는데...
결론만 말씀드리자면
양자화학이나 양자물리학에서 하이젠베르크의 불확정성 원리와 함께 오비탈 내용까지 이어지면서 취급하는것의 전제조건인 "전자가 미시세계로 가게 되면 입자로 취급하지 아니한다."인거 같네요.
현대의 원자모형은 가운데 원자핵이 존재하고 그 주위에 전자구름이 형성되어 둘러싸고 있습니다.
어디까지나 그것조차 확률일 뿐입니다.
보어모형에 대한 이야기가 많이 나오니 그쪽으로 이해하시는 건지, 제가 보어모형에서 제기된 문제를 다른 방식으로 제기하는 것인지는 모르나
최소한 저는 보어모형의 문제점에 대해 알고있고, 다른 관점으로 질문을 드린겁니다^^
그리고 전자를 입자로만 보지 않는거지 전자는 입자성을 띱니다.
다른 방식으로 질문드려보겠습니다. 양성자는 전자를 포착해서 중성미자를 방출하고 중성자가 될 수 있습니다. 그런데 이게 안정한 동위원소에서는 일어나지 않는 것인가 하는 점이 제 질문입니다. 이해 되시나요?
아까 다른 분께서 핵력을 언급하셨더군요. 저도 핵력이 원인이 아닌가하는 생각이 있지만 핵력에 대한 이해가 부족해서 물리 게시판 쪽에 질문 드렸습니다.
옥스토비 일반화학에도 짧게 핵력이 원인이란 듯한 언급이 있습니다만 핵력과 관련해서 설명 해주실 수 있을런지요?
실제로 K포획이라고 하여 가장 안쪽 전자가 양성자에 포획되어 중성자가 되는 과정이 있습니다. 다만 중성자에 비해 양성자가 많은 불안정한 핵이나 중성자별의 중심에서 중력에 의한 압력을 받을 때 생기는 현상입니다. 일반적으로 양성자와 중성자가 1:1 또는 1:1.5정도의 비율로 형성된 원자핵에서는 양성자와 중성자가 서로 안정하게 잡아주어 핵이 안정하게 유지되고 있지만 그 외의 경우에는 어떤 입자가 많은가에 따라 안정한 핵이 되기 위해 alpha, beta붕괴와 그에 수반된 gamma붕괴가 일어납니다. 즉 전자가 포획되는 것이 절대로 일어나는 일이 아닌 것은 아니지만 일반적으로 안정된 핵에서는 거의 일어나지 않고 있으며 대부분의
불안정한 핵은 붕괴과정을 거치며 안정한 핵이 되어 alpha, beta, reverse beta같은 핵반응이 발생하지 않습니다. 제 생각에는 원자핵이 안정한 것은 핵력이 양성자와 중성자 사이의 입자교환때문이며 이 과정에서 소외된 쌍이 생기면 여분의 양성자에 의해 알파붕괴 또는여분의 중성자에 의해 중성자 붕괴가 발생하는 것이라 생각됩니다.
한참 고민했습니다. 무엇을 묻는건지.. 잘못 이해한건지..
화학게시판을 보고 알았습니다.
양자화학에서는 어떻게 공부하는지를 모르겠습니다.
왜 핵력이 원인이라고 생각하시는지요? 핵력은 강력과 약력을 통칭하고 핵력의 경우 핵의 크기 내부에서만 작용할정도로 거리가 매우 짧은 힘입니다.
핵력이 정확히 전자에게 어떤 작용한다고 보기 힘들다고 봅니다.
핵도 스핀을 가지고 있고 전자도 스핀을 가지고 있습니다.
이 스핀에 의해서 자기장이 생기지요. 또한 에너지는 양자화 되어있다는 자연에 성질이 있지요.
그리고 유효 퍼텐셜을 배우셨는지 모르겠습니다만 원자를 구로 가정했을때 쿨롱 퍼텐셜을 유효퍼텐셜로 생각
각운동량이 생깁니다. 결국, 이러한 성질들의 여러가지 합쳐져서 전자가 특정 궤도반지름에 있을 확률이 높다고 표현합니다.
꼭, 원인이 되는 힘을 표현해라고 하면 전자기력이라고 표현해야 될꺼 같네요.
전자기력에 의해서 원자 핵의 중심부에서 나타날 확률이 0에 가까워진다
여기까지가 학부생 공부인데...
석사, 박사 단계에서는 핵력과 연관지어 공부하는지는 모르겠습니다.
QED, QCD이론에 대해서 공부해보지 않아서.. 핵력과 관련지어 설명드리지 못해서 죄송합니다.
다른 분이 설명해 주셨지만 전자의 입자성에 따른 운동에 기인하는 바가 있는거 같습니다.
핵력으로 답변 부탁드린건 책에 그런 서술이 있었기 때문인데, 잘 모르는 개념이다보니 무리하게 연결이 된 감이 있는것 같습니다.
진지하게 답변해주셔서 감사합니다.
우리가 전자의 위치를 확률밀도로 얘기하지만 전자는 입자가 분명하며 인력장에서 운동에너지를 가진채 특정역역에 그 발견확률이 집중되어 있습니다.
님의 질문은 지구 주위를 돌고 있는 인공위성이 왜 지구에 부딪히지 않느냐란 질문과 비슷합니다.
인공위성이 요동을 치면서 궤도운동을 한다고 하더라고 그 요동으로 인해 "인공위성이 <지구와 충돌할 수 있는 영역>으로 진입해 들어올 확률"이 매우 낮다면 "그런 일이 일어날 확률" 역시 매우 낮다고 할 수 있겠지요.
저는 이 문제가 핵력으로 설명해야 하는 문제라고는 생각되지 않습니다.
전자의 확률분포를 결정지어 주는 근본이 되는 메커니즘은 여전히..... 쿨롱인력과 평형을 이루고 있는 전자의 어떠한 '운동'이기 때문입니다.
인공위성이 지구 중력권 안으로 추락하지 않는건 중력에의해 추락하는만큼 일정한 속도로 운동해서 이를 상쇄하기 때문이라고 알고 있습니다. 인공위성이 지구로 추락하지 않는 이유와 같이 전자가 원자핵으로 추락하지 않는 이유는 전자가 어떤 운동을 하고 있기 때문으로 생각하니 이해가 될 것 같습니다. 답변 감사합니다.
원하시는 대답이 될 지는 모르겠지만, 안정할 수록 핵자당 결합에너지가 큽니다. 그래서 핵융합이든 핵분열이든 일으키며 가장 안정한 원자핵 상태인 철 쪽으로 핵반응이 진행되구요. 붕괴는 "안정한 상태"가 되기 위해 일어납니다.
전자포획은 베타+붕괴를 하기에는 에너지가 부족할 때 일어납니다. 즉, 딸핵과 모핵의 에너지차이가 너무 작아 베타+붕괴가 못일어나는 거죠. 그 때 전자포획으로 에너지를 낮추며 안정한 상태로 됩니다. 일부 우주 모델에서는 가장 안정한 원자인 Fe-56이 될 때까지 핵융합, 핵분열이 계속 될것이라 예언합니다.
결국, 전자포획보다 더 많이 안정해 지는 길을 택하게 되고, 그게 전자포획 이외의 붕괴
들이며, 전자포획을 하더라도 더 안정해지기위해 핵분열이건 핵융합을 계속 한다. 최종적으로 Fe-56이 된다면 전자를 포획했을 때 불안한 상태가 되기 때문에 다시 제 상태로 돌아올 것이고, 그래서 Fe-56이 가장 안정하다. 라는 겁니다.
양성자가 전자를 끌어들이는 전자포획이 항상 일어나지 않는 이유를 핵력으로 설명 해보라시는 건데, 전자포획은 weak+ boson이 개입하는 약력으로 설명합니다. 이건 전자포획의 이유지, 포획이 일어나지 않는 이유를 설명하는 것은 아닙니다.
강력이나 약력으로 인해 전자가 안정적으로 핵 주위를 돈다? 이 말씀인 건가요? 즉, 글루온이 전자의 침투를 방해한다. 그건 아니구요, 약력이 전자의 침
투를 방해한다? 그런 것도 아닙니다. 님께서 말씀하시는 "핵력이 원인이라는 듯한 언급" 이게 어디에 있나요? 지금 여러 사람들이 님께서 말씀하신 그 "듯한"이라는 부분때문에 쓸데없는 두뇌의 낭비를 하고 있는 게 아닌가.. 하는 생각이 들 정도입니다.
저는 그냥 에너지의 관점으로 설명드렸습니다. 덕분에 자료는 참 많이 찾아보았습니다.
옥스토비 일반화학 핵화학 단원 초입에 있는 내용입니다.
'핵의 작은 크기(원자에서 1조분의 1보다 작은 공간을 차지함)와 핵을 구성하고 있는 양성자와 중성자 사이의 강한 핵력 때문에 핵의 거동은 대부분 전자와 이웃한 핵 등의 바깥 세계로부터 고립되어 있다.'
이 문장에서 어째서 강한 핵력이 원자핵을 고립시킨다고 하였는지가 궁금합니다.
임용전공화학 수준에서 핵력을 다루지 않기때문에 핵력을 더 얘기할 필요는 없는거 같습니다.
다만 핵력과는 그다지 상관없어보이지만 전자포획 과정만 놓고 얘기할 부분은 있는거 같습니다.
전자포획 과정이 일어나는 이유는 전자포획 과정이 일어남으로써 원자핵이 안정해 질 수 있는 조건일때라고 하셨습니다. 이건 반대로말하면 전자포획이 일어날때 원자핵이 불안정해진다면 전자포획이 일어나기 힘들것이라 볼 수 있을거 같습니다.
불안정해진다는건 엔탈피가 증가한다는 것이고, 또 전자포획 경로 자체의 활성화 에너지가 높을 수도 있구요. 잘 모르는 핵력을 책에서 본 서술을 가지고 여기에 도입한건 무리한 시도가 아니었나싶네요. 다만 전자 포획에 대해서는 좀더 정리가 된거 같습니다. 답변 감사드립니다.
"핵의 거동은 대부분 전자와 이웃한 핵 등의 바깥 세계로부터 고립되어 있다." 이 부분 때문이었군요. 핵자들과 핵을 이루는 쿼크들은 강력으로 결합해 있습니다. 양성자, 중성자 안에서 쿼크들은 거의 광속으로 날아다니고 있구요. 글루온을 쿼크들이 끊임없이 주고 받으면서 생겨나는 게 강력인데, 전자와 중성미자들에는 강력이 전혀 작용하지 않습니다. 때문에 주변의 전자와도, 주변 다른 원자의 핵과도 아무 관련없이 "고립"되어 있다는 말입니다. 강력이 전자포획을 방해해서 고립되어 있다고 오해 하셨었던 거네요.
"전자포획의 결과가 핵의 불안으로 이어진다면 전자포획은 일어나지 않는다." 정확하게 파악하셨습니다.