안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
자연계에 존재하는 원소들은 양성자 수는 같아서 화학적 성질이 동일하지만, 중성자 수가 달라 질량이 서로 다른 동위원소 상태로 공존합니다. 따라서 주기율표에 표시된 원자량은 단 하나의 원자 무게가 아니라, 자연계에 존재하는 동위원소들의 원자량과 각각의 존재 비율을 곱해 산출한 가중 평균값입니다. 염소의 원자량이 35.5라는 소수점으로 떨어지는 이유도 이러한 동위원소의 분포 특성 때문입니다.
자연계의 염소는 질량이 약 35인 염소-35와 질량이 약 37인 염소-37이라는 두 가지 주요 동위원소로 이루어져 있습니다. 이때 이들의 존재 비율은 고르게 양분되어 있지 않고, 염소-35가 약 75퍼센트를 차지하며 염소-37이 약 25퍼센트를 차지하여 대략 3 대 1의 비율을 이룹니다. 이 존재비를 반영하여 평균값을 구하기 위해 35에 0.75를 곱한 값과 37에 0.25를 곱한 값을 더하면 정확히 35.5라는 계산 결과가 나옵니다.
결과적으로 35.5라는 수치는 질량이 정확히 35.5인 단일 염소 원자가 존재한다는 뜻이 아닙니다. 질량 35와 37을 가진 원자들이 자연계에 존재하는 비율 그대로 섞여 있을 때 나타나는 집단 전체의 평균적인 무게를 의미합니다. 화학 반응 계산에서는 대량의 원자 집단을 다루므로 이 평균값을 활용해야 실제 측정되는 질량과 일치하게 됩니다.