화학 고2 물질의 구조와 성질

평균 원자량

자연계에 존재하는 각 동위 원소의 원자량에 존재 비율(분율)을 곱하여 합산한 가중 평균값이다. 예: 염소 Cl의 평균 원자량 ≈ 35.45.
자연에 존재하는 각 동위 원소의 원자량에 그 존재 비율을 곱해 모두 더한 가중 평균값으로, 우리가 주기율표에서 보는 원자량이 바로 이것입니다.
시험 성적에서 중간고사 30%, 기말고사 70%를 반영해 학기 점수를 내는 것과 똑같습니다. 두 시험 점수를 그냥 더해 2로 나누지 않고, 비중을 곱해 더합니다.

쉽게 말하면

동위 원소가 존재하기 때문에, 어떤 원소 한 통을 퍼 오면 그 안에는 질량이 서로 다른 원자들이 섞여 있습니다. 화학에서 실제로 다루는 것은 원자 하나가 아니라 이렇게 섞인 집단이므로, 계산에도 그 집단의 평균값을 씁니다. 이것이 평균 원자량이고, 원자량과 화학식량을 쓸 때 우리가 실제로 대입하는 숫자입니다.

계산은 가중 평균입니다.

비율은 백분율을 100으로 나눈 분율로 넣고, 분율의 합은 반드시 1이 되어야 합니다. 여기서 중요한 것은 비율이 큰 쪽으로 답이 끌려간다는 감각입니다. 평균 원자량이 두 동위 원소의 한가운데가 아니라 한쪽에 치우쳐 있다면, 그쪽 동위 원소가 더 많다는 뜻입니다.

이 성질을 거꾸로 쓰면 존재 비율을 모르고 평균 원자량만 알아도 비율을 역산할 수 있습니다. 시험에서 자주 나오는 유형입니다. 참고로 주기율표의 원자량은 지구에서 측정한 평균값이므로, 동위 원소 비율이 다른 곳에서 온 시료라면 값이 미세하게 달라질 수 있습니다.

이렇게 나타납니다

  1. 예시 1
    염소의 평균 원자량
    가 약 75%, 가 약 25%로 존재하므로 평균은 약 35.5입니다. 실제 주기율표 값은 약 35.45인데, 각 동위 원소의 정확한 원자량과 비율을 더 세밀하게 넣으면 그 값이 나옵니다. 답이 36(단순 평균)이 아니라 35 쪽에 가까운 것에 주목하세요 — 가 세 배 많기 때문입니다.
  2. 예시 2
    평균 원자량에서 존재 비율을 역산하기
    구리처럼 질량수 63과 65인 두 동위 원소가 있고 평균이 63.5라면, 63인 쪽의 분율을 로 두고 식을 세웁니다. , 즉 75%와 25%입니다. 평균이 한가운데인 64가 아니라 63 쪽으로 치우쳐 있다는 사실이 곧 63 쪽이 더 많다는 신호입니다.
  3. 예시 3
    '평균 원자량을 가진 원자'는 존재하지 않는다
    염소의 평균 원자량은 35.5지만, 실제로 원자량이 35.5인 염소 원자는 세상에 하나도 없습니다. 염소 원자를 하나 집으면 아니면 입니다. 35.5는 '집단의 평균'일 뿐이며, 한 반의 평균 키가 165.3 cm라고 해서 키가 정확히 165.3 cm인 학생이 반드시 있는 것은 아닌 것과 같습니다.

순서대로 하면

평균 원자량 구하는 순서
  1. 1각 동위 원소의 원자량(대개 질량수로 근사)과 존재 비율을 표로 정리합니다.
  2. 2존재 비율을 백분율에서 분율로 바꿉니다. 예를 들어 75%는 0.75입니다.
  3. 3분율의 합이 1인지 확인합니다. 1이 아니면 어딘가 잘못 읽은 것입니다.
  4. 4각 동위 원소마다 (원자량) (분율)을 계산해 모두 더합니다.
  5. 5답이 가장 많은 동위 원소 쪽으로 치우쳤는지 확인합니다. 한가운데 값이 나왔다면 계산을 다시 봅니다.

자주 하는 오해

존재 비율을 무시하고 산술 평균을 내기
이렇게 생각하기 쉬움염소는 가 있으니
실제로는존재 비율을 곱해서 더해야 합니다. 75%와 25%이므로 약 35.5입니다.
산술 평균은 '두 동위 원소가 똑같이 절반씩 있다'고 가정한 계산입니다. 실제로는 가 세 배 많으므로 평균도 35 쪽으로 세 배만큼 끌려가야 합니다. 평균 원자량이 정확히 한가운데로 나왔다면 비율을 안 썼다는 뜻이니 즉시 의심하세요.
평균 원자량을 실제 원자 하나의 질량으로 이해하기
이렇게 생각하기 쉬움염소 원자 하나의 원자량은 35.5다
실제로는염소 원자 하나는 원자량이 35이거나 37입니다. 35.5는 자연에 섞여 있는 염소 집단의 평균입니다.
원자 안에는 양성자와 중성자가 정수 개만 들어 있으므로, 원자 하나의 질량수는 반드시 정수입니다. 소수가 나올 수 있는 것은 여러 원자를 평균 냈기 때문입니다. 이 구별을 놓치면 '중성자 0.5개'라는 말이 안 되는 그림을 머릿속에 그리게 됩니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

동위 원소고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

원자량과 화학식량고2

같은 단원의 개념 — 물질의 구조와 성질

격자 에너지고2결합 차수와 결합 길이고2결합·반결합 오비탈고2결합의 극성고2공명 구조고2공유 결합고2금속 결합고2동위 원소고2등전자 이온·분자고2루이스 전자점식고2배위 공유 결합(다티브 결합)고2부껍질(s·p·d·f 오비탈)고2분자 기하 구조고2분자 오비탈 이론고2분자의 극성고2상자성과 반자성고2쌍극자 모멘트고2옥텟 규칙 예외고2원자 반지름고2유효 핵전하(Zeff)고2이온 결합고2이온화 에너지고2자유 전자 모형고2전기음성도고2전자 껍질고2전자 친화도고2전자쌍 반발 이론(VSEPR)고2주기율표고2주기적 성질고2형식 전하고2혼성 오비탈고2σ결합과 π결합고2

자주 묻는 질문

Q1왜 질량수 대신 원자량을 쓰면 값이 조금 달라지나요?
질량수는 양성자와 중성자의 개수를 센 정수이고, 실제 원자량은 핵이 뭉칠 때 질량 일부가 에너지로 바뀌면서 정수보다 아주 조금 작아집니다. 학교 문제에서는 대개 질량수로 근사해도 되지만, 정밀한 값이 필요하면 실제 원자량을 씁니다.
Q2동위 원소가 셋 이상이면 어떻게 계산하나요?
방법은 똑같습니다. 각 동위 원소마다 원자량 분율을 구해서 모두 더하면 됩니다. 항이 몇 개가 되든 분율의 합이 1이라는 점만 지키면 됩니다.
Q3질량 분석기 그래프에서 평균 원자량을 어떻게 읽나요?
가로축은 질량수, 세로축은 상대적인 양입니다. 각 봉우리의 높이를 전체 높이 합으로 나누면 그 동위 원소의 분율이 됩니다. 그 분율을 각 질량수에 곱해 더하면 평균 원자량이 나옵니다.
교육과정 2022 개정 · 고2 화학 · 물질의 구조와 성질 수록 기본 (교육과정 단원)

평균 원자량은 결국 몰 계산의 출발점입니다. 원자량과 화학식량으로 돌아가 이 값이 어디에 쓰이는지 확인해 보세요.

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