원자 질량 (原子質量, 영어: atomic mass)은 특정 동위원소에 속하는 단일 원자의 총 질량을 나타내는 값이다. 이 값은 주로 양성자, 중성자, 그리고 전자의 질량을 합한 것으로, 핵 반응에 의한 질량-에너지 등가원리(E=mc²)에 따라 핵 결합 에너지에서 비롯된 질량 결손이 반영된 실제 질량 값이다.
원자 질량 단위
원자 질량은 매우 작은 값이므로, 주로 통일 원자 질량 단위(unified atomic mass unit, 기호: u) 또는 달톤(Dalton, 기호: Da)으로 표현된다.- 1 u는 탄소-12(¹²C) 원자 1개의 질량의 정확히 1/12로 정의된다.
- 1 u ≈ 1.660 539 066 60 × 10⁻²⁷ kg이다.
질량수와의 차이
원자 질량은 질량수(mass number)와는 구별된다.- 질량수는 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자의 총 개수를 나타내는 정수이다. 이는 원자의 근사적인 질량을 나타내지만, 전자의 질량과 핵 결합 에너지로 인한 질량 결손은 반영하지 않는다.
- 원자 질량은 특정 동위원소 원자의 실제 측정된 질량으로, 일반적으로 정수가 아닌 소수점 값을 갖는다.
원자량(상대 원자 질량)과의 차이
원자 질량은 종종 원자량(atomic weight) 또는 상대 원자 질량(relative atomic mass)과 혼동되지만, 이 둘은 다른 개념이다.- 원자 질량은 단일 동위원소 원자의 질량이다. 예를 들어, 탄소-12 원자 1개의 원자 질량은 정확히 12 u이다.
- 원자량(상대 원자 질량)은 자연계에 존재하는 특정 원소의 모든 동위원소들의 존재 비율을 고려하여 평균한 평균 원자 질량을 의미한다. 따라서 주기율표에 나와 있는 원자량은 대부분 소수점 값을 가지며, 이는 여러 동위원소의 평균값이다. 예를 들어, 염소의 원자량은 약 35.45 u인데, 이는 염소-35와 염소-37의 자연 존재 비율을 평균한 값이다.
원자 질량에 영향을 미치는 요소
원자 질량은 주로 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자의 질량에 의해 결정되지만, 다음 요소들도 중요한 영향을 미친다.- 전자의 질량: 전자의 질량은 양성자나 중성자에 비해 매우 작지만, 정확한 원자 질량 계산에는 포함된다.
- 질량 결손(Mass Defect): 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자의 개별 질량의 합은 실제 핵의 질량보다 크다. 이 질량의 차이를 질량 결손이라고 하며, 이는 핵자들을 결합시키는 핵 결합 에너지로 변환된 것이다(E=mc²). 따라서 원자 질량은 구성 입자들의 단순 합이 아니라 질량 결손이 반영된 값이다.