1.1.2 원자질량단위 [원자력기사]

1.1.2    원자질량단위 (amu, atomic mass unit)

---

1.1.2.1    원자질량단위 개요

 

원자는 매우 작고 가볍기 때문에 우리가 일상에서 사용하는 표기인 kg 등을 사용하면 복잡한 숫자들을 기술해야 하고 이해하기도 어렵다. 예를 들어, 수소 원자 하나의 무게는 1.6735×10-24g 이다. 

 

따라서 원자들의 질량을 상대적인 값으로 간단하게 나타내기 위해 노력했다. 

원자의 질량을 간단히 나타내기 위해 사용하는 단위는 amu이다. amu는 atomic mass unit(원자질량단위)의 약어로 원자나 분자와 같이 매우 작은 질량을 나타내는 표준 단위이며, 단위 기호는 u 이다.

 

1.1.2.2    1amu의 질량

 

1amu는 탄소 원자 1개 질량의 1/12로 정의되므로 간단히 계산해보자. 

탄소원자의 측정 질량이 약 1.992×10-23g 이므로, 이를 12로 나누면, 약 1.66×10-24g 정도가 된다.

 

이를 좀 더 정확하게 계산해 보면 질량수 12인 단일 원자 탄소 1몰(mol)의 질량은 0.012kg 이므로 이를 12로 나누어 주고, 다시 아보가드로 수(6.02214076×10-23)로 나누어 주면 1.6605387×10-24g로 계산된다. 

그러나 앞서 계산한 복잡한 과정은 원자력기사에서 중요하게 다루어 지지 않는다. 다만 우리는 1amu가 1.66×10-24g 정도의 값이라는 것을 기억하고 있으면 된다.

 

1.1.2.3    1amu의 에너지

 

1amu의 에너지를 계산하기 전 우리가 사용할 에너지 단위를 알아야 한다. 

원자단위의 에너지를 나타내는 에너지 단위는 eV(electron Volt) 단위를 사용한다. (EV 또는 ev로 나타내는 것이 아니라, eV로 표현해야 정확한 표현이다.)  

eV는 1.6×10-19C 전하량을 가지는 1개의 전자가 진공 속에서 1V의 전압차에 의해 가속된 운동에너지로 정의된다. 

그리고 또다른 에너지의 단위는 erg이다. erg는 1g의 물체를 1cm/sec2의 가속도로 1cm 움직이는데 필요한 에너지 이다.

 

앞서 설명한 에너지 단위를 모두 이해하려면 복잡하다. 따라서 우리는 환산에 자주 사용되는 단위의 관계를 암기하는 것이 편하다. 암기가 되었다면, 여유 시간이 있을때 각각의 정의에 대해서 생각해보고 이해하는 것이 필요하다.

 

1amu는 1.66×10-24g이므로, 이를 에너지-질량 보존법칙에 대입하면 1amu의 에너지를 알 수 있다.

 

E = mc2 ................(1-2)

 

E = (1.66×10-24g) × (3×1010cm/sec)2 = 1.492×10-3 erg

 

이때 1eV = 1.602×10-12erg이므로,

 

(1.492×10-3 erg)/(1.602×10-12erg) = 약 931 Mev

 

즉, 1amu 질량은 약 931MeV 에너지에 해당된다.

 

원자력기사 시험에서 amu의 정의는 매우 중요한 개념이다. 

시험에서 amu 정의와 관련된 문제는 출제되지 않았지만, amu를 바탕으로 질량결손의 계산 및 정의에 활용되므로 반드시 이해하고 넘어가야 한다. 그러므로 다시 amu의 개념에 대해 읽어보고 암기 해 보자.