동위원소 - Isotope

동위원소 - Isotope

동위원소는 중성자 수, 결과적으로 핵자 수에서 다른 특정 화학 원소의 변형이다. 주어진 원소의 모든 동위원소는 양자의 수는 같지만 각 원자의 중성자의 수는 다르다. 동위원소라는 용어는 그리스 뿌리 이소(ἴσοο "qual")와 토포스(topos "place")에서 형성되는데, 이 이름 뒤에 있는 의미는 단일 원소의 서로 다른 동위원소가 주기율표에서 같은 위치를 차지하고 있다는 것이다. 그것은 1913년 스코틀랜드의 의사이자 작가인 마가렛 토드에 의해 화학자 프레데릭 소디에게 제안되어 만들어졌다. 원자핵 내의 양성자 수를 원자번호라고 하며 중성(비이온화) 원자의 전자 수와 같다. 각 원자 번호는 특정 원소를 식별하지만 동위원소는 식별하지 않는다. 주어진 원소의 원자는 중성자 수에서 넓은 범위를 가질 수 있다. 핵의 핵자 수(양자와 중성자 모두)는 원자의 질량수이며, 주어진 원소의 각 동위원소는 질량수가 다르다. 예를 들어 탄소-12, 탄소-13 및 탄소-14는 질량 번호가 각각 12, 13, 14인 원소 탄소의 동위원소 3개다. 탄소의 원자 번호는 6인데, 이것은 모든 탄소 원자가 6개의 양성자를 가지고 있어서 이들 동위원소의 중성자 수는 각각 6, 7, 8이 된다는 것을 의미한다.

방사성, 원시 및 안정 동위 원소 및 안정 동위 원소

어떤 동위원소/핵종은 방사능이므로 방사성동위원소 또는 방사성핵종이라고 하는 반면, 다른 동위원소는 방사능으로 붕괴되는 것을 관측한 적이 없으며 안정 동위원소 또는 안정 핵종이라고 한다. 예를 들어 ¹⁴C는 탄소의 방사성 형태인 반면, ¹²C와 ¹³C는 안정적인 동위원소다. 지구상에는 약 339개의 자연발생 핵종이 있으며, 이 중 286개가 원시 핵종이며, 이는 태양계 형성 이후 존재해왔다는 것을 의미한다.

원시 핵종에는 붕괴가 관찰되지 않았기 때문에 매우 긴 반액(1억년 이상)을 가진 34개의 핵종과 공식적으로 "안정적 핵종"으로 간주되는 252개가 포함된다. 대부분의 경우, 분명한 이유로, 어떤 원소가 안정적인 동위원소를 가지고 있다면, 그러한 동위원소는 지구와 태양계에서 발견되는 원소적 풍부함에서 우세하다. 그러나 세 가지 원소(텔루륨, 인듐, 레늄)의 경우 자연에서 발견되는 가장 풍부한 동위원소는 이들 원소들이 하나 이상의 안정적인 동위원소를 가지고 있음에도 불구하고 실제로 원소의 극히 장수하는 방사성 이소토프(s)이다.

이론은 겉으로 보기에 "안정적"인 동위원소/핵종이 많이 방사능에 노출되어 있으며, 매우 긴 반감기(모든 핵종이 궁극적으로 불안정해질 수 있는 양성자 붕괴 가능성을 배제한다)가 있다고 예측한다. 어떤 안정적 핵종은 이론상 알파 붕괴나 이중 베타 붕괴와 같이 알려진 다른 형태의 붕괴에 정력적으로 취약하지만, 붕괴 생성물은 아직 관찰되지 않았으며, 따라서 이러한 동위원소는 "관찰적으로 안정적"이라고 한다. 이러한 핵종에 대해 예측된 반감기는 종종 우주의 추정 연령을 크게 초과하며, 실제로 우주의 나이보다 반감기가 더 긴 알려진 31개의 방사성핵종(원초핵종 참조)도 존재한다. 인공적으로 생성된 방사성핵종에는 현재 알려진 핵종이 3,339개 있다. 여기에는 60분 이상 안정적이거나 반감기가 있는 905개의 핵종이 포함된다. 자세한 내용은 핵종 목록을 참조하십시오.

동위원소 대 핵종

핵종은 핵에 특정 수의 양성자와 중성자를 가진 원자의 한 종이며, 예를 들어 6개의 양성자와 7개의 중성자를 가진 탄소-13이다. 핵종 개념은 화학적 특성보다 핵 특성을 강조하는 반면, 동위원소 개념(각 원소의 모든 원자를 그룹화)은 핵보다 화학적 특성을 강조한다. 중성자 번호는 핵 성질에 큰 영향을 미치지만 화학 성질에 미치는 영향은 대부분의 원소에서는 무시할 수 있다. 원자 번호에 대한 중성자 수의 비율이 동위원소 간에 가장 많이 변동하는 가장 가벼운 원소의 경우에도 어떤 상황에서는 문제가 되지만 대개는 작은 효과만을 가진다(가장 가벼운 원소인 수소의 경우, 동위원소 효과는 생물학에 강하게 영향을 미칠 만큼 충분히 크다). 동위 원소(원래 동위 원소, 현재는 동위 원소, 때로는 동위 원소)라는 용어는 예를 들어 비교(동위 원소 또는 등위 원소)를 암시하기 위한 것이다.