하나의 핵종을 읽는 연습에서 한 걸음 더 나아가, 여러 입자를 같은 기준으로 비교해 봅니다. 이번에는 네 핵종을 분류하는 문제와 플루오린 음이온의 정보를 판정하는 문제를 준비했습니다.
각 문항은 결과뿐 아니라 판단 근거를 답안으로 쓰도록 구성했습니다. 계산 결과를 적은 뒤, 어떤 값이 같고 어떤 값이 다른지 한 문장으로 설명해 보세요.
이 글은 문제 전용입니다. 정답과 상세 풀이는 별도 해설 글에서 다루며, 아래 문항은 실제 기출 복원이 아닌 자체 제작 예상문제입니다.
풀이 준비
용어 안내
2강에서 배운 동위원소 판별을 동중핵과 동중성자핵까지 넓혀 연습합니다. 아래 정의를 문제의 기준으로 사용하십시오.
- 동위원소(isotopes): 원자번호 Z가 같고 질량수 A가 다른 핵종.
- 동중핵(isobars): 이 문제처럼 핵이성체를 제외한 범위에서, 질량수 A가 같고 원자번호 Z가 다른 핵종.
- 동중성자핵(isotones): 중성자 수 N이 같고 원자번호 Z가 다른 핵종.
이 용어 안내는 판정 기준이며, 어떤 입자 쌍이 정답인지는 직접 판단합니다.
실전문제 1. 네 핵종의 관계를 빠짐없이 분류하기
다음 네 원자는 모두 전기적으로 중성이며, 각 원자핵은 바닥상태에 있다. 핵이성체는 고려하지 않는다. P, Q, R, S는 원자를 구별하기 위한 이름이며 원소 기호가 아니다.
- P: 원자번호 Z = 6, 질량수 A = 14
- Q: 원자번호 Z = 7, 질량수 A = 14
- R: 원자번호 Z = 6, 질량수 A = 13
- S: 원자번호 Z = 7, 질량수 A = 15
원소 기호는 Z = 6이면 C, Z = 7이면 N이다. ‘중성자 수 N’과 ‘질소의 원소 기호 N’을 구별하여 읽는다.
(1) P, Q, R, S 각각의 양성자 수, 중성자 수, 전자 수를 구하고, 핵종을 ‘원소 기호-질량수’ 형식으로 쓰시오. 예를 들어 산소-16은 O-16으로 쓴다.
(2) 네 원자에서 두 개를 고르는 서로 다른 모든 쌍(총 6쌍)을 비교하여, 다음 관계에 해당하는 쌍을 각각 빠짐없이 쓰시오. 순서만 뒤바뀐 쌍은 한 번만 쓴다.
① 동위원소
② 동중핵
③ 동중성자핵
(3) 위 세 관계 중 어느 것에도 해당하지 않는 쌍이 있다면 쓰고, Z, A, N을 근거로 설명하시오.
실전문제 2. 전자 한 개를 얻었을 때 바뀌는 것은 무엇인가?
중성인 플루오린-19 원자(¹⁹F)가 전자 1개를 얻어 플루오린 음이온(¹⁹F⁻)이 되었다. 이 과정에서는 전자의 수만 바뀌며, 핵반응·방사성붕괴·핵의 에너지 상태 변화는 일어나지 않는다. 여기서 전자를 얻는 과정은 핵 안의 양성자가 전자를 흡수하는 핵반응인 ‘전자포획’이 아니다.
- 플루오린의 원자번호: Z = 9
- 비교 대상: 중성인 네온-20 원자(²⁰Ne), Z = 10
- 비교하는 모든 원자핵은 바닥상태이며, 핵이성체는 고려하지 않는다.
(1) 중성 ¹⁹F, ¹⁹F⁻, 중성 ²⁰Ne 각각의 양성자 수, 중성자 수, 전자 수를 쓰시오.
(2) 다음 설명 중 옳은 것을 모두 고르시오.
ㄱ. ¹⁹F⁻의 전자는 10개이므로 원자번호도 10이다.
ㄴ. ¹⁹F가 전자 1개를 얻었으므로 ¹⁹F⁻의 질량수는 20이다.
ㄷ. ¹⁹F⁻와 중성 ²⁰Ne는 전자 수가 같다.
ㄹ. ¹⁹F⁻와 중성 ²⁰Ne는 서로 동위원소이다.
ㅁ. 중성 ¹⁹F와 ¹⁹F⁻는 전자 수가 다르므로 서로 다른 동위원소이다.
ㅂ. ¹⁹F⁻와 중성 ²⁰Ne의 원자핵은 서로 동중성자핵이다.
(3) 틀린 설명은 각각 올바른 문장으로 고치시오. 답에는 원자번호, 질량수, 중성자 수, 전자 수 중 무엇을 비교했는지 드러나야 한다.
풀이를 마친 뒤
자신의 답안을 보관하고 상세 해설과 비교할 때, 결론이 같은지와 그 결론에 도달한 근거가 맞는지를 따로 확인하세요. 한 문제를 맞혔더라도 설명이 모호했다면 그 부분이 다음 복습 지점입니다.
개념 복습: 2강 핵종 표기 본문
https://srijh.blogspot.com/2026/10/2_01901475426.html
공식 참고자료
[1] IUPAC Gold Book, atomic number. 원자번호와 양성자 수의 정의.
https://goldbook.iupac.org/terms/view/A00499
[2] IUPAC Gold Book, mass number. 질량수와 핵자 수의 정의.
https://goldbook.iupac.org/terms/view/M03726
[3] IUPAC Gold Book, nuclide. 핵종을 구별하는 A, Z, 핵의 에너지 상태.
https://goldbook.iupac.org/terms/view/N04257
[4] IUPAC Gold Book, isotopes / isobars / isotones. 핵종 사이의 관계 정의.
https://goldbook.iupac.org/terms/view/I03331
https://goldbook.iupac.org/terms/view/I03263
https://goldbook.iupac.org/terms/view/I03321
[5] IUPAC Gold Book, ion. 전하를 가진 원자 또는 분자 입자의 정의.
https://goldbook.iupac.org/terms/view/I03158
[6] 미국 에너지부(DOE), DOE Explains…Electrons. 중성 원자와 이온의 전자 수·전하 관계.
https://www.energy.gov/science/doe-explainselectrons
[7] NIST, Atomic Weights and Isotopic Compositions. 예시에 사용한 C, N, F, Ne의 원자번호와 핵종 확인.
https://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=C
https://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=N
https://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=F
https://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=Ne
자료 확인: 2026년 10월 20일(한국시간).
이 글은 공개된 공식 정의를 바탕으로 만든 학습용 예상문제이며, 실제 기출문제의 복원이나 공식 예상문항이 아닙니다.
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