생활 속 원소 이야기 ③ 원소·원자 어떻게 다를까? [우리가 몰랐던 과학 이야기] (224)

Rare earth metals, conceptual image. The rare earth metals, or rare earth elements, are a set of seventeen chemical elements in the periodic table, specifically the fifteen lanthanides plus scandium and yttrium.

가장 자주 접하는 화학 용어 중 하나가 바로 원소와 원자가 아닐까 생각됩니다. 또한 그 의미도 자주 헷갈리기도 하는데요. 

오늘은 자주 접하지만 헷갈리기 쉬운 원소와 원자에 대해 자세히 알아보겠습니다. 

◆원소(element·元素)란 무엇일까?

Diagram of the nuclear composition, electron configuration, and valence orbitals of an atom of aluminium-27 (atomic number: 13), the most common isotope of this element. The nucleus consists of 13 protons (blue) and 14 neutrons (red). The stability of an element's outer (valence) electrons determines its chemical and physical properties. Aluminium is a post-transition metal in group 13, period 3, and the p-block of the periodic table. A lightweight metal, used in aircraft and a third as dense as steel, it has a melting point of 660 degrees Celsius.

17세기 영국의 과학자 로버트 보일은 물질을 이루는 기본 성분으로서 더 이상 분해되지 않는 단순한 물질을 원소라고 정의했습니다. 

수소, 산소와 같이 더 이상 다른 물질로 분해되지 않으면서 물질을 이루는 기본 성분을 원소라고 합니다. 우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는 원소는 철과 구리, 금, 알루미늄 등이 있습니다. 

◆원자(atom·原子)란 무엇일까?

물질을 이루는 기본 성분은 원소입니다. 그리고 모든 원소는 그 물질을 구성하는 단위 입자들이 모여서 이뤄지는데, 이들 입자가 그 원소의 원자입니다.

원자의 의미도 그리스어로 ‘더 이상 쪼갤 수 없는’(atomos)에서 유래했습니다. 

◆원소와 원자는 어떻게 구분할까?

Assorted Apples and Pears on a White Background

그래도 원소와 원자가 헷갈린다고요? 

두가지 용어를 설명할 때 ‘종류’와 ‘개수’로 자주 구분합니다. 원소는 물질의 종류, 그리고 원자는 개수로 각각 설명합니다. 즉 원소는 물질의 종류와 집합을 나타내는 추상적인 개념이고, 원자는 실제로 존재하는 물질적 입자라고 할 수 있습니다.  

예를 들어 한 바구니에 사과 3개, 배 3개가 들어 있다고 하면, 과일 바구니는 2종류의 원소와 6개의 원자로 구성돼 있습니다.  

◆원자와 화합물

출처=https://phys.org

두가지 종류 이상의 원자로 구성된 물질을 화합물이라고 합니다. ‘H2O’를 보면 수소와 산소 두 종류의 원소와 수소 2개, 산소 1개로 모두 3개의 원소로 구성된 화합물입니다.  

화학반응으로 분해될 때 서로 다른 원자로 나누어지지 않으면 원소, 서로 다른 원자로 나누어지면 화합물이라고 각각 할 수 있습니다.  

◆원자는 어떻게 생겼을까?

Conceptual illustration of an atom (Bohr model).

주변의 모든 물질과 우리 몸은 원자로 구성됐다고 설명할 수 있는데요. 

그렇다면 원자는 어떻게 생겼을까요? 원자는 양성자와 중성자로 구성된 원자핵과 전자로 이뤄져 있습니다. 원자의 중심에 있는 원자핵은 양성자와 중성자가 단단히 붙어 있는 형태이며, 그 주변을 일정 간격을 유지하면서 운동하는 전자가 있습니다. 이런 원자가 모이면 원소, 분자가 됩니다.  

정리해보자면 원소는 한가지 종류의 원자로 이뤄진 물질이며, 원자는 더 이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 물질입니다. 다르게도 정의할 수 있지만 가장 기본적인 개념으로 정의를 내려보았습니다. 

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