이 글은 핵종 표기 실전문제 두 문항의 정답과 풀이를 담은 해설편입니다. 먼저 문제를 풀고 싶은 분은 문제편에서 답안을 작성한 뒤 읽어 주세요.
문제 조건을 다시 제시한 다음, 입자 수 계산과 핵종 관계 판정을 순서대로 설명합니다. 틀린 선택지를 올바른 문장으로 고치는 과정까지 확인해 보세요.
문제 조건 다시 보기
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.
정답과 상세 해설
아래부터 정답이 나옵니다. 먼저 두 문제의 답안을 작성한 뒤 확인하세요.
1. 실전문제 1 해설: 입자 수를 정리한 뒤 관계를 비교한다
1단계. 양성자 수와 중성자 수를 구한다
원자번호 Z는 양성자 수이고, 질량수 A는 양성자 수와 중성자 수의 합입니다.[1][2] 따라서 중성자 수는 N = A − Z로 구합니다. 문제의 네 원자는 모두 중성이므로 전자 수는 각각 양성자 수와 같습니다.[6]
- P: 양성자 6개, 중성자 14 − 6 = 8개, 전자 6개. 핵종은 C-14(¹⁴C)입니다.
- Q: 양성자 7개, 중성자 14 − 7 = 7개, 전자 7개. 핵종은 N-14(¹⁴N)입니다.
- R: 양성자 6개, 중성자 13 − 6 = 7개, 전자 6개. 핵종은 C-13(¹³C)입니다.
- S: 양성자 7개, 중성자 15 − 7 = 8개, 전자 7개. 핵종은 N-15(¹⁵N)입니다.
여기서 N-14의 N은 질소라는 원소의 기호입니다. ‘중성자 수 N = 7’의 N과 뜻이 다릅니다. 핵종 표기에서 원소 기호 왼쪽 위 숫자는 질량수이며, 왼쪽 아래에 원자번호를 함께 적을 수도 있습니다.
2단계. 같은 Z를 찾는다: 동위원소
- P와 R: Z = 6으로 같고, A는 14와 13으로 다릅니다.
- Q와 S: Z = 7로 같고, A는 14와 15로 다릅니다.
따라서 동위원소 관계는 P–R, Q–S입니다. 각각 같은 원소 안에서 중성자 수가 다른 경우입니다.[4]
3단계. 같은 A를 찾는다: 동중핵
P와 Q는 A = 14로 같고, Z는 6과 7로 다릅니다. 따라서 동중핵 관계는 P–Q입니다. 질량수가 같다는 뜻이지, 두 원자의 실제 질량이 정확히 같다는 뜻은 아닙니다.[2][4]
4단계. 같은 N을 찾는다: 동중성자핵
- P와 S: 중성자 수는 8개로 같고, Z는 6과 7로 다릅니다.
- Q와 R: 중성자 수는 7개로 같고, Z는 7과 6으로 다릅니다.
따라서 동중성자핵 관계는 P–S, Q–R입니다. 질량수가 다르더라도 중성자 수가 같을 수 있으므로, A만 비교하고 판단을 끝내면 안 됩니다.[4]
5단계. 빠뜨린 쌍이 있는지 확인한다
네 대상을 두 개씩 고르는 서로 다른 쌍은 아래 여섯 개입니다.
- P–Q: 동중핵
- P–R: 동위원소
- P–S: 동중성자핵
- Q–R: 동중성자핵
- Q–S: 동위원소
- R–S: 세 관계 중 해당 없음
R과 S의 Z는 6과 7, A는 13과 15, N은 7과 8입니다. 세 값이 각각 모두 다르므로, 이 문제에서 묻는 세 관계 중 어느 것에도 해당하지 않습니다. ‘해당 없음’은 두 핵종 사이의 모든 물리적 공통점이 없다는 뜻이 아니라, 지금 비교한 세 분류에 속하지 않는다는 뜻입니다.
실전문제 1의 정답 요약
(1) P: 6, 8, 6 / C-14. Q: 7, 7, 7 / N-14. R: 6, 7, 6 / C-13. S: 7, 8, 7 / N-15. 숫자 순서는 양성자, 중성자, 전자입니다.
(2) 동위원소: P–R, Q–S. 동중핵: P–Q. 동중성자핵: P–S, Q–R.
(3) R–S. Z, A, N이 각각 다릅니다.
2. 실전문제 2 해설: 원자핵과 전자 수를 분리해서 읽는다
1단계. 전자를 얻기 전의 원자를 정리한다
중성 ¹⁹F의 원자번호는 9이므로 양성자는 9개입니다. 질량수는 19이므로 중성자는 19 − 9 = 10개이며, 중성이므로 전자는 9개입니다.
비교 대상인 중성 ²⁰Ne는 양성자 10개, 중성자 20 − 10 = 10개, 전자 10개입니다. F의 Z = 9와 Ne의 Z = 10은 NIST 원소 자료에서도 확인할 수 있습니다.[7]
2단계. 전자 1개를 얻은 뒤 바뀐 수를 표시한다
¹⁹F가 전자 1개를 얻었으므로 ¹⁹F⁻의 전자 수는 9 + 1 = 10개입니다. 문제에서 핵반응과 핵의 에너지 상태 변화가 없다고 했으므로, 양성자 수는 9개, 중성자 수는 10개로 그대로입니다.
- 중성 ¹⁹F: 양성자 9개, 중성자 10개, 전자 9개
- ¹⁹F⁻: 양성자 9개, 중성자 10개, 전자 10개
- 중성 ²⁰Ne: 양성자 10개, 중성자 10개, 전자 10개
전자 한 개가 더 많아진 ¹⁹F⁻는 단위 전하 한 개만큼 음전하를 띱니다. 음전하를 나타내는 오른쪽 위 ‘⁻’와 질량수를 나타내는 왼쪽 위 ‘19’는 서로 다른 정보를 표시합니다.[5][6]
3단계. 각 설명을 판정한다
ㄱ. 틀림
원자번호는 전자 수가 아니라 양성자 수로 정의합니다. ¹⁹F⁻의 전자는 10개지만 양성자는 9개이므로 Z = 9입니다.[1]
올바른 문장: “¹⁹F⁻의 전자는 10개이고, 양성자는 9개이므로 원자번호는 9이다.”
ㄴ. 틀림
질량수에 세는 입자는 양성자와 중성자입니다. 전자 1개를 얻어도 그 합은 9 + 10 = 19로 변하지 않습니다.[2]
올바른 문장: “¹⁹F⁻의 질량수는 19이다. 전자 수의 변화는 질량수에 더하지 않는다.”
ㄷ. 옳음
¹⁹F⁻의 전자는 10개, 중성 ²⁰Ne의 전자도 10개입니다. 다만 전자 수가 같다는 사실만으로 같은 원소나 동위원소가 되는 것은 아닙니다.
ㄹ. 틀림
두 입자의 원자번호는 각각 9와 10입니다. 동위원소의 조건인 ‘같은 Z’를 만족하지 않습니다.[4]
올바른 문장: “¹⁹F⁻와 중성 ²⁰Ne는 전자 수는 같지만, 원자번호가 달라 서로 동위원소가 아니다.”
ㅁ. 틀림
중성 ¹⁹F와 ¹⁹F⁻는 Z = 9, A = 19이고 핵의 에너지 상태도 같습니다. 같은 핵종의 중성 원자와 음이온이므로, 서로 다른 동위원소라고 하지 않습니다.[3][4]
올바른 문장: “중성 ¹⁹F와 ¹⁹F⁻는 같은 핵종이며, 전하 상태와 전자 수가 다르다.”
ㅂ. 옳음
¹⁹F⁻의 중성자는 19 − 9 = 10개이고, ²⁰Ne의 중성자는 20 − 10 = 10개입니다. 중성자 수는 같고 원자번호는 다르므로 두 원자핵은 동중성자핵입니다.[4]
실전문제 2의 정답 요약
(1) 중성 ¹⁹F: 9, 10, 9. ¹⁹F⁻: 9, 10, 10. 중성 ²⁰Ne: 10, 10, 10. 숫자 순서는 양성자, 중성자, 전자입니다.
(2) 옳은 설명은 ㄷ, ㅂ입니다.
(3) ㄱ, ㄴ, ㄹ, ㅁ을 위와 같이 고칩니다.
3. 자주 틀리는 지점과 학습 포인트
첫째, ‘원자번호 = 전자 수’는 정의가 아닙니다. 원자번호는 언제나 양성자 수로 읽고, 중성이라는 조건이 있을 때만 전자 수와 같다고 판단합니다.
둘째, 질량수는 실제 질량값이 아닙니다. 전자도 실제 질량을 가지지만 질량수의 정의에는 포함되지 않습니다. 따라서 “전자에 질량이 없어서 A가 변하지 않는다”라고 설명하면 틀립니다. 이 문제는 원자나 이온의 실제 질량을 계산하라는 문제가 아닙니다.
셋째, 같은 전자 수와 같은 핵종을 혼동하지 않습니다. F-19 음이온과 Ne-20 원자는 전자가 각각 10개여도 양성자 수가 다릅니다. 반대로 중성 F-19와 F-19 음이온은 전자 수가 달라도, 제시된 조건에서는 같은 핵종입니다.
넷째, N = A − Z를 계산한 뒤 비교합니다. 동중성자핵은 A만 보거나 원소 기호만 보고 판정할 수 없습니다.
다섯째, 이 문제의 숫자 비교만으로 방사성 여부나 반감기를 구했다고 쓰지 않습니다. 핵종의 관계를 분류하는 일과 안정성·붕괴 특성을 확인하는 일은 구별해야 합니다.
한 문장으로 정리하면, “Z로 원소를 구별하고, A와 Z로 중성자를 구하며, 전자 수는 전하 조건에서 따로 판단한다”입니다.
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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