원자·분자 스케일

원자핵 반지름을 1로 놓고 118개 원소의 전자 껍질과 분자 크기를 나란히 견주면서, 원자 안쪽이 얼마나 비어 있는지 직접 확인하는 화면입니다.

거의 비어 있는 원자

원자 그림은 보통 핵과 전자를 보기 좋은 크기로 그리지만, 실제 비율은 그런 그림과 전혀 다릅니다. 이 화면은 핵 반지름을 1로 고정하고 전자 껍질을 그 배수로 그리기 때문에, 껍질을 한 칸씩 넓혀 갈수록 핵이 화면에서 점 하나로 줄어듭니다. 118개 원소를 차례로 넘겨 보면 껍질이 늘어나는 방식과 원자 반지름이 주기마다 어떻게 변하는지도 함께 보입니다. 원자가 사실상 텅 비어 있다는 문장이 어떤 뜻인지가 이 배율 위에서 분명해집니다.

원소 고르기와 분자 탭

원소를 고르면 그 원소의 껍질 구조가 곧바로 그려집니다. 휠이나 핀치로 확대·축소하며 핵 근처와 바깥 껍질 사이를 오갈 수 있고, 드래그로 보고 싶은 자리를 화면 가운데로 옮길 수 있습니다. 분자 크기 비교는 별도 탭에 있어, 원자 하나를 보다가 여러 원자가 모인 분자 쪽으로 바로 넘어갈 수 있습니다. 가벼운 원소와 무거운 원소를 번갈아 선택해 보면 차이가 가장 빠르게 눈에 들어옵니다.

껍질 반지름의 계산

껍질 반지름은 보어 모형에 슬레이터 차폐 근사를 적용해 계산합니다. 안쪽 전자들이 핵전하를 가리는 정도를 반영해 유효 핵전하를 구하고, 그 값으로 각 껍질의 반지름을 얻는 방식입니다. 실제 원자는 확률 분포로 퍼진 전자 구름이므로, 이 화면의 또렷한 껍질은 크기 감각을 잡기 위한 근사에 가깝습니다. 교육과 참고를 목적으로 한 계산이며, 정밀한 값이 필요할 때는 양자화학 계산 결과를 함께 확인하시기 바랍니다.

이럴 때 써 보세요

화학 수업에서 주기와 족을 따라 원자 크기가 어떻게 달라지는지 표 대신 그림으로 보여 줄 수 있습니다. 핵과 껍질의 비율을 실제로 그려 보면 러더퍼드 산란 실험이 왜 그런 결과를 냈는지도 설명하기 쉬워집니다. 분자 탭으로 넘어가면 원자 하나에서 물질 덩어리로 이어지는 크기의 계단을 이야기할 수 있습니다. 설치 없이 브라우저에서 열리고 모바일도 지원합니다.

바로 찾아보기

• 수소 원자의 크기는 얼마나 되나요? 수소 원자는 반지름이 약 52.9 pm, 곧 0.53 옹스트롬이고 전자 껍질은 한 겹뿐입니다. 이 화면에서 보기 →
• 탄소 원자는 전자껍질이 몇 개인가요? 탄소는 원자번호 6번이고 전자 껍질이 두 겹이라 수소보다 한 겹 더 두껍게 그려집니다. 이 화면에서 보기 →
• 금 원자는 어떻게 생겼나요? 금은 원자번호 79번으로 전자 껍질이 다섯 겹까지 쌓여 탄소보다 훨씬 두껍게 보입니다. 이 화면에서 보기 →
• 분자는 원자보다 얼마나 큰가요? 분자 비교 탭에서 물이나 단백질 같은 분자를 원자 하나와 같은 축에 놓고 크기를 견줍니다. 이 화면에서 보기 →

자주 묻는 질문

원자는 정말 거의 비어 있나요?

질량의 거의 전부는 핵에 모여 있지만, 핵은 원자 전체에 비해 극히 작습니다. 이 화면처럼 핵 반지름을 1로 고정하고 껍질을 그려 보면 그 비율이 눈에 보입니다. 다만 전자 구름이 채우고 있어서 다른 원자가 마음대로 통과하지는 못합니다.

껍질 반지름은 어떻게 구한 값인가요?

보어 모형에 슬레이터 차폐 근사를 적용해 계산합니다. 안쪽 전자의 차폐를 반영한 유효 핵전하로 각 껍질의 반지름을 얻습니다. 실제 전자는 껍질 선 위가 아니라 확률 구름으로 퍼져 있으므로 근사로 이해하시면 됩니다.

분자 크기도 볼 수 있나요?

분자 크기 비교는 별도 탭으로 제공됩니다. 원자 하나의 껍질 구조를 본 뒤 분자 쪽으로 넘어가 크기를 견주어 볼 수 있습니다.

→ 천체 도감에서 이어 읽기 → 하늘 소식