원자를 구성하는 입자의 성질

(1)원자의 구조와 크기-원자는 양전하를 띠고 있는 원자핵과 음전하를 띠면서 원자핵 주변을 매우 빠르게 운동하고 있는 전자로 이루어져 있다.그리고 원자의 중심부에 위치한 원자핵은 양전하를 띠는 양성자와 전하를 띠지 않는 중성자로 이루어져 있다.원자는 크기가 매우 작으며 원자의 종류에 따라 그 크기가 조금씩 다르다.원자의 크기는 원자핵 주위에 전자가 존재하는 공간을 의미한다.원자의 크기를 좀 더 쉽게 이해하기 위해 비유를 하자면,원자를 월드컵 경기장의 크기라고 생각하면 원자핵은 그라운드에 놓여 있는 작은 구슬의 크기에 비유할 수 있다.

(2)원자를 구성하는 입자들의 성질-원자를 구성하는 입자인 양성자,중성자,전자의 성질을 다음 표와 같이 정리하였다.원자를 구성하는 입자들의 질량을 살펴보면 전자의 질량은 양성자와 중성자의 질량과 비교한 상대 질량을 보면 알 수 있듯이 매우 작은 값이다.따라서 원자의 질량을 결정하는 것은 원자햑의 질량으로서 전자의 질량을 고려하지 않고,원자핵의 구성 입자인 양성자와 중성자의 질량은 대략 같은 값을 갖는다.전하량은 중성 원자의 경우,원자핵의 +전하량과 전자의-전하얄이 크기는 같지만 부호가 다르기 때문에 원자는 전기적으로 중성이다.

(3)원자 번호,질량수,원자의 표시 방법-우리 주변의 물질을 이루는 원자들은 종류에 관계없이 공통적으로 양성자,중성자,전자로 이루어져 있다.하지만 원자의 성질은 원자마다 모두 다르다.그 이유는 각 원자들을 구성하는 양성자,전자 및 중성자 수의 차이 때문이다.특히 양성자의 수가 원자마다 다르기 떄문에 원소의 종류가 달라진다.한편 중성 원자에서 전자 수는 원자핵의 양성자 수와 같은데 물질의 화학 반응은 전자를 다른 원자와 주고 받거나 공유함으로써 일어난다.따라서 원소의 화학적 성질은 바로 전자 수에 따라 달라진다.원자 번호-원자는 화학 반응 과정에서 전자를 잃거나 얻으면 전자 수는 변하지만 양성자 수는 일정하게 유지되기 때문에 양성자 수를 원소의 원자 번호로 정하여 사용한다.즉,원자 번호는 원소의 종류에 따라 다르게 붙인 고유 번호이다.예를 들어 수소 원자는 양성자가 1개이므로 원자 번호가 1이고,헬륨 원자는 양성자가 2개의므로 원자 번호가 2이며,리튬 원자는 양성자가 3개이므로 원자 번호가 3이다.2질량수:질량수는 양성자 수와 중성자 수를 합한 값이다.전자의 질량은 양성자나 중성자 질량의 1/1837배로 무시할 정도로 매우 작기 때문에 원자의 질량은 양성자와 중성자의 수를 합한 값으로 나타낼 수 있다.따라서 원자 번호를 알면 양성자 수를 알 수 있고,중성 원자의 경웅에는 양성자 수와 전자 수가 같으므로 양성자 수를 알면 전자 수도 알수 있다.또한 질량수는 양성자 수와 중성자 수의 합이므로 양성자 수를 알고 있다면 질량수에서 양성자 수를 뺴서 중성자 수를 얻을 수 있다.예를 들어 탄소 원자는 양성자 수와 중성자 수가 각각 6이므로 질량수가 12이고,산소 원자는 양성자 수와 중성자 수가 각각 8이므로 질량수가 16이다.3-원자 표시방법:어떤 원자의 질량수와 원자 번호를 나타낼 떄에는 원소기호의 왼쪽 위에는 질량수를,아래에는 원자 번호를 쓴다.원자 번호와 질량수로부터 원자를 이루는 양성자,전자,중성자의 수를 계산할 수 있다.참고로 중성 원자가 아닌 경우에 전하량은 원소 기호의 오른쪽 위에,1원자 분자가 아닌 경우 원자 수는 원소 기회의 오른쪽 아래에 쓴다.탄소와 탄소 동위원소의 원자 표시 방법을 나타내면 다음 그림과 같다

(4)동위원소-같은 원소의 원자는 양성자 수가 같으므로 원자 번호가 같다.하지만 양성자 수가 같다고 중성자 수가 항상 같은 것은 아니다.양성자 수는 같지만 중성자 수가 서로 달라서 질량수가 다른 원소들을 동위 원소라고 한다.동위 원소의 대표적인 예는 수소 원자에서 살펴볼 수있다.수소 원자는 서로 다른 3종류의 동위 원소가 존재한다. 중성자가0개인 수소,중성자가1개인 중수소,중성자가 2개인 삼중수소로,모두 원자핵 속에는 양성자가 1개로 같지만 중성자 수는 서로 다르기 때문에 질량수가 서로 다르다.동위 원소의 성질: 대부분의 원소들은 동위 원소를 가지고 있으며,동위 원소는 자연계에 일정한 비율로 존재한다.동위 원소는 중성자 수가 달라도 원자 번호는 같으므로 서로 같은 종류의 원소이다.그리고 중성자는 원자의 화학적 성질에 거의 영향을 주지 않기 떄문에 동위 원소들은 화학적 성질이 거의 같다.하지만 서로 질량이 다르므로 물리적 성질은 다르다.2-동위 원소와 평균 원자량:자연에서 대부분의 원소들은 동위 원소를 가지고 있으며,일정한 비율로 섞여서 존재하기 떄문에 평균 원자량을 구할 떄는 동위 원소의 존재 비율을 고려해야 한다.염소의 경우,염소와 염소 동위원소의 비율을 고려하여 계산하면 평균 원자량은 35.45가 나온다.3.동위 원소와 연대 측정: 탄소 동위 원소 측정법은 500~5만 년 정도의 화석이나 고고학적 표본 연대 측정에 이용된다.대기 중의 탄소는 질소가 우주 선과 부딪힐 떄 생성되어 일정한 비율로 존재한다.탄소는 녹색 식물의 광합성에 쓰인 뒤 동물에 먹히는 과정을 통해 동물의 몸속에서 일정한 비율로 남게 되는데,동물이 죽으면 탄소 동위원소를 섭취하지 못하므로 불안정한 탄소 동위원소는 5,730년의 일정한 반감기로 붕괴되어 질소 동위원소로 변한다.따라서 화석의 탄소와 안정한 탄소인 탄소의 비를 측정하면 유기체가 죽은 연대를 계산할 수 있다.