📂물리학

원소

정의¹

원자핵 속 양성자의 개수가 같은 원자들의 종류를 원소^element라 한다.

설명

원소를 가르는 기준이 되는 원자핵 속 양성자의 개수를 원자번호^{atomic number}라 하고 $Z$로 나타낸다. 원자번호와 원소는 일대일로 대응하며, 각 원소에는 $\mathrm{H}$(수소, $Z=1$), $\mathrm{C}$(탄소, $Z=6$), $\mathrm{O}$(산소, $Z=8$)처럼 한두 글자의 원소 기호가 붙는다. 현재까지 원자번호 $1$부터 $118$까지 $118$종의 원소가 확인되었다. 원소들을 원자번호 순으로 나열하되 화학적 성질이 비슷한 원소끼리 같은 열에 오도록 배열한 표를 주기율표^{periodic table}라 한다.

원소와 원자의 구분

원소^element와 원자는 종종 혼용되지만, 둘은 구분되는 개념이다.

• 원소는 원자의 종류를 가리키는 개념이다. 수소, 산소, 탄소처럼 분류된 이름이 곧 원소이다.
• 원자는 그 원소에 해당하는 실제 입자 하나하나를 가리킨다.

예를 들어 "수소"는 원소이고, "물 분자 속의 수소 원자 두 개"라고 할 때의 각각은 원자이다. 생물의 종 분류에 비유하자면 원소는 "호모사피엔스"라는 종(種)에 해당하고, 원자는 각각의 사람 한 명 한 명에 해당한다.

왜 양성자의 개수인가

원자는 양성자, 중성자, 전자로 이루어져 있는데, 원소를 정하는 것은 그중 양성자의 개수뿐이다.

• 전자의 개수는 원자가 전자를 잃거나 얻어 이온이 되면 바뀐다. 그러나 나트륨 원자가 전자 하나를 잃은 나트륨 이온 $\mathrm{Na}^{+}$도 여전히 나트륨이다.
• 중성자의 개수는 같은 원소 안에서도 원자마다 다를 수 있다(아래의 동위원소).
• 양성자의 개수가 바뀌면 원자핵의 전하가 바뀌고, 전기적으로 중성일 때 붙잡는 전자의 개수도 바뀐다. 원자의 화학적 성질은 전자의 개수와 배치로 정해지므로, 양성자의 개수가 다르면 화학적 성질이 전혀 다른 물질이 된다.

즉 양성자의 개수는 원자의 화학적 성질을 결정하면서도 화학 반응으로는 변하지 않는 양이다.

동위원소

원자번호는 같지만 중성자의 개수가 달라 질량수가 다른 원자들을 서로 동위원소^isotope라 한다. 질량수 $A$는 양성자의 개수와 중성자의 개수를 더한 것이다. 예를 들어 수소에는 다음 세 동위원소가 있다.

이름	표기	양성자	중성자	질량수
수소(경수소)	$^{1}\mathrm{H}$	$1$	$0$	$1$
중수소	$^{2}\mathrm{H}$	$1$	$1$	$2$
삼중수소	$^{3}\mathrm{H}$	$1$	$2$	$3$

동위원소는 전자의 개수와 배치가 같으므로 화학적 성질은 거의 같고, 질량과 원자핵의 안정성이 다르다. 예를 들어 삼중수소는 원자핵이 불안정하여 시간이 지나면 방사성 붕괴를 한다.

같이보기

• 원자
• 원자핵
• 양성자
• 전자