원자의 크기


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원자의 구조

물질은 수소나 탄소, 질소, 산소 등의 원자로 구성되어 있는데, 원자의 크기는 약 10-10m입니다. 원자는 원자핵과 원자핵 주위를 회전하는 전자로 구성되어 있는데, 원자핵은 원자 크기의 10-5배 정도지만 원자 질량의 거의 100%를 차지합니다. 또 원자핵은 (+)전하를 가진 양성자(proton)와 전기적으로 중성인 중성자(newtron)로 되어 있으며, 양성자와 중성자를 총칭해서 핵자라고 부릅니다.
양성자 1개의 질량은 1.6726x10-27kg이며 중성자의 질량은 양성자의 1.00138배로 거의 같습니다. 전자의 질량은 양성자의 1/1836.15이며, 전하는 양성자의 전하와 반대이고 전하 크기의 절대값은 같습니다.
즉, 원자 질량의 대부분은 핵자를 이루는 양성자와 중성자의 질량이며, 원자핵 주위를 도는 전자의 질량은 아주 일부만을 차지합니다.

원자 번호와 동위 원소

원자의 화학적 성질은 전자의 운동에 의해서 결정되지만, 원자는 중성이므로 원자핵의 양성자의 수와 같은 개수의 전자를 갖습니다. 그러므로 원자의 화학적 성질을 결정하는 것은 원자핵의 양성자 수라고 말할 수 있습니다. 이 때문에 원자핵 안의 양성자의 수를 '원자 번호'라고 부릅니다. 중성자와 양성자의 질량은 거의 같고 전자의 질량은 무시할 수 있으며 양성자와 중성자의 수가 원자 질량의 기준이 되므로, 양성자와 중성자 개수의 합을 '질량수'라고 말합니다. 원자핵은 원자 번호와 질량수를 지정하면 결정됩니다. 원자 번호는 같지만 질량수가 다른 원자를 '동위 원소'라고 부르며, 이들의 화학적 성질은 같지만 물리적 성질은 다릅니다.
동위 원소의 존재 비율은 장소나 물질의 종류에 관계없이 거의 일정한 비율로 존재합니다.

원자량

원자 1개의 질량은 매우 작아서 보통 실험실에서 쓰이는 그램 단위의 질량을 차지하는 원자나 분자의 수는 1023 ~ 1025개의 집단으로 되어 있습니다. 따라서 원자 1개의 정확한 질량을 이용하여 물질의 연구를 진행하는 것은 비실용적입니다.
따라서 화학적 연구는 원자 1개의 질량보다는 원자 사이의 질량의 비율을 이용하는 것이 편리하기 때문에 기준이 되는 원자로서 탄소 원자의 동위 원소 중에서 질량수가 12인 것, 즉 12C를 국제적으로 12로 정하고, 이 기준 값과 비교한 모든 원자의 상대적 질량을 구하여 원소의 원자량으로 정하고 있습니다.
원자량의 기준이 되는 1원자 질량 단위(amu= atomic mass unit의 약자)는 탄소의 동위 원소인 12C의 원자 1개의 질량의 1/12로서, 실제로는 1.6605655x10-24g입니다. 따라서 어떤 원소의 원자량이란 이 질량을 1로 할 때 값이 됩니다.