원자량과 질량수 어떻게 다를까?

오늘은 질량수와 원자량의 차이에 대해 알아보자. 원자량 질량수는 화학에서 원자를 이해하는 데 매우 중요한 개념입니다. 이 두 개념이 각각 어떻게 정의되고 어떤 차이가 있는 지 알아보겠습니다.

질량수와 원자량은 전혀 다르다.

질량수와 원자량은 그 값이 거의 비슷한 물리량입니다. 하지만 자세히 살펴보면 질량수와 원자량은 전혀 다른 개념입니다. 질량수는 원자핵을 이루는 양성자 수와 중성자수를 합한 숫자인 것에 반해 원자량은 원자 1개의 질량을 탄소 원자 12C를 기준으로 나타낸 상댓값이기 때문입니다. 그런 까닭에 단순히 입자의 갯수를 세는 개념인 질량수는 반드시 자연수로 나올 수 밖에 없지만 질량에 근거한 원자량은 자연수로 떨어지지 않고 소숫점이 붙습니다. 이는 중성자와 양성자의 무게에 차이가 있고(중성자가 약간 더 무겁다), 전자 자체도 실제로 질량을 가지고 있기 때문에 발생하는 현상입니다.

 

질량수와 원자량 파헤치기

 

질량수는 자연수이다.

질량수는 하나의 원자에서 중성자 수와 양성자의 수를 합한 값입니다. 따라서 질량수는 반드시 자연수로 떨어질 수 밖에 없습니다. 질량수 자체가 갯수를 나타내는 물리량이기 때문입니다.

 

12C을 제외한 원자는 원자량은 소숫점을 갖는다.

원자량은 탄소 원자 12C 1개의 질량을 12.00으로 정의했을 때, 원자 1개가 갖는 질량의 상댓값입니다. 실제 질량을 기준으로 정의된 물리량이기 때문에 12C의 원자량을 제외한 다른 원자의 원자량은 자연수가 될 수 없습니다. 왜냐하면 실제 질량에는 중성자와 양성자의 미세한 질량 차이, 전자의 질량 등이 포함되기 때문입니다. 그러므로 중성자, 양성자, 전자의 비율이 조금만 달라져도 소숫점 단위에서는 차이가 날 수 밖에 없습니다.  예를 들어 2H의 질량수는 2이지만 원자량은 2.014102입니다.

 

평균 원자량.

평균 원자량은 자연계에 존재하는 동위 원소의 비율을 산정하여 나타낸 원자량의 평균값입니다. 가령 염소 (Cl)의 경우 동위원소인 35Cl과 37Cl이 약  3:1로 존재하여 평균 원자량은 약 35.5에 근사합니다 (실제 원자량 35.453....).

 

문제에서 원자량을 주어주는 이유.

모의고사나 수능에서는 항상 원자량을 (혹은 화학식량)을 주어줍니다. 예를 들면 문제 말미에 (단, C, H, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다.) 라는 괄호 문구가 반드시 포함됩니다. 이는 앞서 말한 바와 같이 원자량은 복잡한 유리수이기 때문입니다. 따라서 각각 원자의 원자량을 자연수로 재정의 하여 계산을 명료하게 하여야 합니다. 각각 원자의 원자량을 자연수로 정의하지 않으면 문제에서의 계산이 매우 복잡해집니다.  

 

평균 질량수라는 개념은 사용하지 않는다.

앞서 질량수는 자연수일 수밖에 없다고 언급하였습니다. 하지만 동의 원소의 비율을 생각한 평균 질량수를 구하면 자연수로 떨어지지 않을 것입니다. 하지만 평균 질량수를 계산하는 것은  큰 의미가 없기 때문에 잘 사용하지 않는 개념입니다. 원자의 실제 질량과 동위원소 비율을 반영하는 평균 원자량이 훨씬 유의미하기 때문입니다.