양성자, 중성자와 동위원소

모든 핵은 두 종류의 핵자로 이루어져 있어:

• 양성자: 전하 +e, 질량 약 1.0073 u
• 중성자: 전하가 없고, 질량 약 1.0087 u. 1932년에 James Chadwick이 발견했어.

핵은 세 가지 수로 나타낼 수 있어:

• Z, 원자 번호: 양성자의 수야. 이 수가 원소를 결정해. Z = 6이면 항상 탄소고, Z = 92이면 항상 우라늄이야.
• N, 중성자 수.
• A, 질량수: 핵자의 총수야.

A = Z + N.

핵종을 나타내는 표준 방법은 기호의 왼쪽 위에 A를, 왼쪽 아래에 Z를 쓰는 거야. ¹⁴₆C는 A = 14, Z = 6인 탄소이므로 N = 14 − 6 = 8이야. carbon-14 또는 C-14라고 쓰기도 하는데, 이때는 기호만 봐도 원소를 알 수 있으므로 Z는 따로 찾아보면 돼.

동위원소는 Z는 같지만 N은 다른 원자핵입니다. 동위원소는 질량이 서로 다른 같은 원소입니다.

• 탄소-12(양성자 6개, 중성자 6개)는 가장 흔하며, 천연 탄소의 약 99퍼센트를 차지합니다.
• 탄소-13(양성자 6개, 중성자 7개)은 약 1퍼센트를 차지합니다.
• 탄소-14(양성자 6개, 중성자 8개)는 방사성이며 매우 드뭅니다. 탄소 원자 1조 개 중 약 1개 정도입니다.

수소에는 잘 알려진 동위원소가 세 가지 있습니다. 보통의 수소-1(양성자 1개), 중수소(수소-2, 양성자 1개와 중성자 1개), 삼중수소(수소-3, 양성자 1개와 중성자 2개)입니다. 중수소로 만든 물을 중수라고 합니다. 핵융합 세계에서 D와 T를 다시 만나게 될 거예요.

화학 반응은 원자의 전자가 어떻게 배열되어 있는지에 따라 달라지며, 중성 원자는 양성자와 같은 수의 전자를 가집니다. 한 원소의 동위원소들은 전자 수가 같으므로 화학 반응에서 거의 똑같이 행동합니다. 다른 점은 질량과, 대부분의 경우 원자핵의 안정성입니다.

질량 세기. 핵의 질량은 원자 질량 단위로 나타내. 1 u는 정확히 탄소-12 원자 질량의 12분의 1이고, 약 1.6605 × 10⁻²⁷ kg이야. 그래서 질량수 A는 u 단위의 질량과 비슷해. 정의에 따라 탄소-12의 질량은 정확히 12 u야.

주기율표에 표시된 원자 질량은 자연 상태에서 섞여 있는 동위원소들의 평균이야. 염소가 35.45로 표시되는 이유는 천연 염소가 대략 염소-35 세 부분과 염소-37 한 부분으로 이루어져 있기 때문이야. 실제로 그 질량을 가진 염소 원자는 하나도 없어.