동위 원소는 같은 수를 포함합니다. 동위 원소의 응용

동위원소

ISOTOPS-ov; pl.(단일 동위 원소, -a, m.). [그리스어에서. isos - 동등 및 topos - 장소] 전문가.같은 품종 화학 원소, 원자의 질량이 다릅니다. 방사성 동위원소. 우라늄의 동위원소.

◁ 동위원소, 일, 일. 나. 지표.

동위원소

연구 이력
동위 원소의 존재에 대한 최초의 실험 데이터는 1906-10년에 얻어졌습니다. 무거운 원소 원자의 방사성 변환 특성 연구. 1906-07. 우라늄-이오늄의 방사성 붕괴 생성물과 토륨-방사성 붕괴 생성물은 토륨과 화학적 성질은 동일하지만 후자와는 다르다는 것이 밝혀졌다. 원자 질량방사성 붕괴의 특성. 또한 세 가지 요소 모두 동일한 광학 및 X선 스펙트럼을 갖습니다. 영국 과학자 F. Soddy의 제안으로 (센티미터.소디 프레데릭), 그러한 물질은 동위원소로 알려지게 되었습니다.
무거운 방사성 원소에서 동위 원소가 발견 된 후 안정 원소에서 동위 원소에 대한 탐색이 시작되었습니다. 화학 원소의 안정 동위 원소의 존재에 대한 독립적 인 확인은 J. J. Thomson의 실험에서 얻어졌습니다. (센티미터.톰슨 조셉 존)및 F. 애스턴 (센티미터.애스턴 프랜시스 윌리엄). 1913년 톰슨 발견 안정 동위원소네온에서. 질량분석기(또는 질량분석기)라고 불리는 자신이 설계한 기구를 사용하여 질량분석기법을 사용하여 연구를 수행한 Aston (센티미터.질량 분석), 다른 많은 안정한 화학 원소가 동위 원소를 가지고 있음을 증명했습니다. 1919년에 그는 20 Ne와 22 Ne의 두 동위 원소가 존재한다는 증거를 얻었습니다. 이 동위원소의 상대적 존재비는 자연계에서 약 91%와 9%입니다. 그 후, 동위 원소 21 Ne는 0.26%의 유병률을 가지며 염소, 수은 및 기타 여러 원소의 동위 원소로 발견되었습니다.
같은 해에 약간 다른 디자인의 질량 분석기가 A. J. Dempster에 의해 만들어졌습니다. (센티미터.뎀스터 아서 제프리). 질량 분석기의 후속 사용 및 개선의 결과로 많은 연구자의 노력으로 거의 완전한 동위 원소 조성 표가 작성되었습니다. 1932 년에 중성자가 발견되었습니다 - 수소 원자의 핵 질량에 가까운 질량을 가진 전하가없는 입자 - 양성자와 핵의 양성자 - 중성자 모델이 만들어졌습니다. 결과적으로 동위 원소 개념의 최종 정의가 과학에서 확립되었습니다. 동위 원소는 원자핵이 동일한 수의 양성자로 구성되고 핵의 중성자 수만 다른 물질입니다. 약 1940년까지 그 당시 알려진 모든 화학 원소에 대한 동위원소 분석이 수행되었습니다.
방사능 연구에서 약 40여종의 천연 방사성 물질이 발견되었습니다. 그들은 토륨과 우라늄의 동위 원소인 방사성 가족으로 결합되었습니다. 자연 원자에는 모든 안정한 종류의 원자(약 280개 있음)와 방사성 계열의 일부인 모든 자연 방사성 원자(그 중 46개 있음)가 포함됩니다. 다른 모든 동위 원소는 핵 반응의 결과로 얻습니다.
1934년 처음으로 I. Curie (센티미터.졸리오 퀴리 아이린)및 F. 졸리오 퀴리 (센티미터.졸리오 퀴리 프레데릭)자연에 존재하지 않는 질소(13N), 규소(28Si) 및 인(30P)의 인공 방사성 동위 원소를 받았습니다. 이 실험을 통해 그들은 새로운 방사성 핵종의 합성 가능성을 입증했습니다. 현재 알려진 인공 방사성 동위원소 중 150개 이상이 초우라늄 원소에 속합니다. (센티미터.트랜스슈란 요소)지구에서 발견되지 않습니다. 이론적으로 존재할 수 있는 동위원소 종의 수는 6000개 정도에 달할 수 있다고 가정합니다.

백과사전. 2009 .

다른 사전에 "동위원소"가 무엇인지 확인하십시오.

현대 백과사전

동위원소- (iso ... 및 그리스어 topos 장소에서), 원자의 핵 (핵종)이 중성자의 수에서 다르지만 포함하는 다양한 화학 원소 같은 숫자양성자이므로 같은 위치를 차지합니다. 주기율표화학적인... 삽화가 든 백과사전

- (iso ... 및 그리스어 topos place에서) 원자의 핵이 중성자의 수는 다르지만 동일한 수의 양성자를 포함하므로 주기율표에서 동일한 위치를 차지하는 다양한 화학 원소. 구별하다… … 큰 백과사전

ISOTOPS- 동위 원소, 화학. 주기율표의 같은 셀에 위치하여 동일한 원자 번호 또는 서수를 갖는 원소. 이 경우 I.는 일반적으로 같은 원자량을 가지지 않아야 합니다. 여러… … 큰 의학 백과사전

이 화학의 품종. 핵의 질량이 다른 원소. 동일한 핵전하 Z를 갖지만 중성자의 수가 다르기 때문에 I. 전자 껍질의 동일한 구조, 즉 매우 가까운 화학 물질을 가지고 있습니다. sv va, 그리고 같은 것을 차지하십시오 ... ... 물리적 백과사전

동일한 화학 물질의 원자. 핵이 같은 수의 양성자를 포함하지만 다른 수의 중성자를 포함하는 원소; 다른 원자 질량을 가지고 같은 화학을 가지고 있습니다. 속성이 있지만 물리적으로 다릅니다. 속성, 특히... 미생물학 사전

화학 원자. 질량수는 다르지만 전하가 같은 원소 원자핵따라서 Mendeleev의 주기 체계에서 한 장소를 차지합니다. 동일한 화학 물질의 다른 동위 원소의 원자. 요소의 수가 다릅니다 .... 지질 백과사전

방사성 원소의 특성을 연구할 때 동일한 화학 원소에서 다른 핵질량을 가진 원자가 발견될 수 있음을 발견했습니다. 동시에 그들은 동일한 핵 전하를 가지고 있습니다. 즉, 이들은 제 3 자 물질의 불순물이 아니라 동일한 물질입니다.

동위 원소는 무엇이며 왜 존재합니까?

멘델레예프의 주기율표에서는 주어진 원소와 핵의 질량이 다른 물질의 원자가 모두 하나의 세포를 차지합니다. 위의 내용을 기반으로 동일한 물질의 이러한 품종에는 "동위원소"라는 이름이 부여되었습니다(그리스어 isos - 동일 및 topos - 장소). 그래서, 동위원소- 이들은 원자핵의 질량이 다른 주어진 화학 원소의 종류입니다.

핵의 수용된 중성자-양성자 모델에 따르면, 동위원소의 존재는 다음과 같이 설명됩니다. 물질의 일부 원자의 핵은 다른 수의 중성자를 포함하지만 동일한 수의 양성자를 포함합니다. 사실, 한 원소의 동위 원소의 핵 전하는 동일하므로 핵에 있는 양성자의 수는 동일합니다. 핵은 각각 질량이 다르며 다른 수의 중성자를 포함합니다.

안정 및 불안정 동위원소

동위 원소는 안정하거나 불안정합니다. 현재까지 알려진 안정 동위원소는 약 270개, 불안정 동위원소는 2000개 이상이다. 안정 동위원소- 이들은 오랫동안 독립적으로 존재할 수 있는 다양한 화학 원소입니다.

대부분의 불안정한 동위원소인위적으로 얻었다. 불안정한 동위 원소는 방사성이며 핵은 방사성 붕괴 과정, 즉 입자 및 / 또는 방사선의 방출과 함께 다른 핵으로의 자발적인 변형의 대상입니다. 거의 모든 방사성 인공 동위원소는 매우 짧은 반감기를 가지고 있으며, 이는 초 단위로 측정되며 심지어 몇 초 단위로도 측정됩니다.

핵에는 몇 개의 동위 원소가 포함될 수 있습니까?

핵은 임의의 수의 중성자를 포함할 수 없습니다. 따라서 동위원소의 수가 제한됩니다. 양성자의 수에도원소, 안정 동위 원소의 수는 10에 달할 수 있습니다. 예를 들어 주석에는 10개의 동위 원소가 있고 크세논에는 9개, 수은에는 7개의 동위 원소가 있는 식입니다.

그 요소들 양성자의 수가 홀수, 두 개의 안정 동위원소만 가질 수 있습니다. 일부 원소에는 안정 동위 원소가 하나만 있습니다. 이들은 금, 알루미늄, 인, 나트륨, 망간 등과 같은 물질입니다. 다른 원소에 대한 안정 동위원소 수의 이러한 변화는 핵의 결합 에너지에 대한 양성자와 중성자의 수의 복잡한 의존성과 관련이 있습니다.

자연의 거의 모든 물질은 동위 원소의 혼합물로 존재합니다. 물질 구성의 동위 원소 수는 물질의 유형, 원자 질량 및 주어진 화학 원소의 안정 동위 원소 수에 따라 다릅니다.

"화학의 기본 개념"주제의 주요 조항을 반복하고 제안 된 작업을 해결하십시오. ##6-17을 사용하세요.

키 포인트

1. 물질(단순 및 복합)은 특정 응집 상태에 있는 원자와 분자의 조합입니다.

구성 및 (또는) 구조의 변화를 수반하는 물질의 변형을 화학 반응 .

2. 구조단위 물질:

· 원자- 화학 원소의 가장 작은 전기적으로 중성인 입자와 단순한 물질로서 모든 화학적 특성을 가지며 물리적, 화학적으로 더 이상 나눌 수 없습니다.

· 분자- 물리적으로 나눌 수 없지만 화학적으로 나눌 수 있는 모든 화학적 특성을 가진 물질의 가장 작은 전기적으로 중성인 입자.

3. 화학 원소 특정 핵 전하를 가진 원자 유형.

4. 화합물 원자 :

입자	결정하는 방법?	요금		무게
입자	결정하는 방법?	클	재래식 단위		오전
전자	서수 숫자 (N)	1.6 ∙ 10 -19		9.10 ∙ 10 -28	0.00055
양성자	서수 숫자 (N)	1.6 ∙ 10 -19		1.67 ∙ 10 -24	1.00728
중성자	아르-엔			1.67 ∙ 10 -24	1.00866

5. 화합물 원자핵 :

코어에는 다음이 포함됩니다. 소립자 (핵자) –

양성자(1 1 p) 및 중성자(10n).

· 왜냐하면 원자의 거의 모든 질량이 핵에 집중되어 있음 엠피 ≈ m n≈ 1amu, 그 다음에 반올림된 값아르화학 원소의 1개는 핵에 있는 핵자의 총 개수와 같습니다.

7. 동위원소- 동일한 화학 원소의 다양한 원자, 질량만 서로 다릅니다.

· 동위원소의 명칭 : 원소기호 왼쪽에 원소의 질량번호(위)와 일련번호(아래)를 표시

동위원소의 질량이 다른 이유는 무엇입니까?

작업: 염소 동위 원소의 원자 구성 결정: 35 17클그리고 37 17클?

동위원소는 질량이 다르기 때문에 다른 번호그들의 핵에 있는 중성자.

8. 자연에서 화학 원소는 동위 원소의 혼합물로 존재합니다.

동일한 화학 원소의 동위원소 조성은 다음과 같이 표현됩니다. 원자 분수(ω에서.), 이것은 주어진 동위 원소의 원자 수가 어느 부분인지 나타냅니다. 총 수모든 동위 원소의 원자 주어진 요소단위 또는 100%로 간주됩니다.

예를 들어:

(35 17에서 ω Cl) = 0.754

(37 17에서 ω Cl) = 0.246

9. 주기율표는 동위 원소 구성을 고려한 화학 원소의 상대 원자 질량의 평균값을 보여줍니다. 따라서 표에 표시된 A r 은 분수입니다.

아르수= ω at.(1) ∙ 아르 (1) + … + ω 에.(N ) ∙ 아르 ( N )

예를 들어:

아르수(Cl) \u003d 0.754 ∙ 35 + 0.246 ∙ 37 \u003d 35.453

10. 해결해야 할 과제:

1번. 10B 동위 원소의 몰분율이 19.6%이고 11B 동위 원소가 80.4%인 경우 붕소의 상대 원자 질량을 구하십시오.

11. 원자와 분자의 질량은 매우 작습니다. 현재 물리학 및 화학에서는 통일된 측정 시스템이 채택되었습니다.

1아뮤 =중(오전) = 1/12 중(12C) = 1.66057 ∙ 10 -27kg \u003d 1.66057 ∙ 10-24g.

일부 원자의 절대 질량:

중( 씨) \u003d 1.99268 ∙ 10-23g

중( 시간) \u003d 1.67375 ∙ 10-24g

중( 영형) \u003d 2.656812 ∙ 10-23g

아르- 주어진 원자가 12C 원자의 1/12보다 몇 배나 더 무거운지를 보여줍니다. 씨∙ 1.66 ∙ 10 -27kg

13. 일반 물질 샘플의 원자 및 분자 수는 매우 많기 때문에 물질의 양을 특성화할 때 측정 단위가 사용됩니다.몰 .

· 두더지(ν)- 동위원소 12g에 들어 있는 원자의 수만큼 많은 입자(분자, 원자, 이온, 전자)를 포함하는 물질의 양의 단위 12 씨

1 원자의 질량 12 씨는 12 amu이므로 12g의 동위 원소의 원자 수 12 씨같음:

없음= 12g / 12 ∙ 1.66057 ∙ 10 -24g = 6.0221 ∙ 10 23

· 물리량 없음~라고 불리는 상수 아보가드로 (아보가드로 수)는 [ N A ] = mol -1 차원을 갖습니다.

14. 기본 공식:

중 = 씨 = ρ ∙ VM(ρ – 밀도, V m – n.c.에서의 부피)

독립 솔루션을 위한 작업

1번. 비질소 불순물이 10% 포함된 탄산암모늄 100g에 들어 있는 질소 원자의 수를 계산하십시오.

2번. 정상적인 조건에서 암모니아와 이산화탄소로 구성된 혼합 가스 12리터의 질량은 18g입니다. 혼합물에 포함된 각 가스는 몇 리터입니까?

3번. 망간 산화물 혼합물 8.24g에 과량의 염산 작용하에 (IV) 염산과 반응하지 않는 미지의 산화물 MO 2, n.o.에서 1.344 l의 가스 또 다른 실험에서 산화망간(IV)와 미지의 산화물은 3:1이다. 미지의 산화물에 대한 공식을 설정하고 혼합물의 질량 분율을 계산하십시오.

동위원소- 원자(서수) 번호는 같지만 질량 수는 다른 화학 원소의 다양한 원자(및 핵).

동위원소라는 용어는 그리스어의 뿌리 isos(ἴσος "equal")와 topos(τόπος "place")의 합성어로 "같은 장소"를 의미합니다. 따라서 이름의 의미는 동일한 원소의 다른 동위 원소가 주기율표에서 동일한 위치를 차지한다는 것입니다.

수소의 세 가지 천연 동위원소. 각 동위 원소가 하나의 양성자를 갖는다는 사실은 수소의 변형을 가지고 있습니다. 동위 원소의 정체는 중성자의 수에 의해 결정됩니다. 왼쪽부터 동위 원소는 중성자가 0인 프로튬(1H), 중성자가 1개인 중수소(2H), 중성자가 2개인 삼중수소(3H)입니다.

원자핵에 있는 양성자의 수를 원자번호라고 하며 중성(이온화되지 않은) 원자에 있는 전자의 수와 같습니다. 각 원자 번호는 특정 원소를 식별하지만 동위 원소는 식별하지 않습니다. 주어진 원소의 원자는 넓은 범위의 중성자 수를 가질 수 있습니다. 핵에 있는 핵자(양성자 및 중성자 모두)의 수는 원자의 질량 수이며 주어진 원소의 각 동위 원소는 다른 질량 수를 갖습니다.

예를 들어 탄소-12, 탄소-13, 탄소-14는 각각 질량수가 12, 13, 14인 탄소 원소의 세 가지 동위 원소입니다. 탄소의 원자 번호는 6이며 각 탄소 원자에는 6개의 양성자가 있으므로 이러한 동위 원소의 중성자 번호는 각각 6, 7 및 8입니다.

시간유클리드 그리고 동위원소

핵종은 원자가 아니라 핵에 속합니다. 동일한 핵은 동일한 핵종에 속합니다. 예를 들어 각 탄소 13 핵종 핵은 6개의 양성자와 7개의 중성자로 구성됩니다. 핵종 개념(개별 핵종 참조)은 화학적 특성보다 핵 특성을 강조하는 반면, 동위원소 개념(각 원소의 모든 원자를 그룹화)은 핵보다 화학 반응을 강조합니다. 중성자 수는 핵의 성질에 큰 영향을 미치지만 화학적 성질에 미치는 영향은 대부분의 원소에서 무시할 수 있습니다. 원자 번호에 대한 중성자의 비율이 동위원소 사이에서 가장 많이 변하는 가장 가벼운 원소의 경우에도, 어떤 경우에는 중요하지만 일반적으로 미미한 영향을 미칩니다(가장 가벼운 원소인 수소의 경우 동위원소 효과는 다음과 같습니다). 생물학에 큰 영향을 미치기 위해). 동위원소가 더 많기 때문에 고대 용어, 그것은 핵종보다 더 잘 알려져 있으며 핵 기술 및 핵 의학과 같이 핵종이 더 적절할 수 있는 상황에서 여전히 가끔 사용됩니다.

표기법

동위 원소 또는 핵종은 특정 원소의 이름(이것은 원자 번호를 나타냄)과 하이픈과 질량 번호로 식별됩니다(예: 헬륨-3, 헬륨-4, 탄소-12, 탄소-14, 우라늄 -235 및 우라늄-239). 화학 기호가 사용되는 경우, 예: 탄소의 경우 "C", 표준 표기법(A는 질량 수, Z는 원자 번호, E는 원소이므로 현재 "AZE 표기법"으로 알려짐)은 위 첨자로 질량 수(핵자 수)를 나타냅니다. 화학기호의 좌측 상단, 좌측 하단 모서리에 첨자로 원자번호를 표시). 원자번호는 원소기호로 표기하기 때문에 보통 위첨자에 질량수만 표기하고 원자지수는 표기하지 않는다. 문자 m은 180m 73Ta(탄탈륨-180m)와 같이 준안정 또는 에너지적으로 들뜬 핵 상태(최저 에너지 바닥 상태와 반대)인 핵 이성질체를 나타내기 위해 질량 번호 뒤에 때때로 추가됩니다.

방사성, 1차 및 안정 동위원소

일부 동위 원소는 방사성이므로 방사성 동위 원소 또는 방사성 핵종이라고 불리는 반면 다른 동위 원소는 방사성 붕괴가 관찰되지 않아 안정 동위 원소 또는 안정 핵종이라고합니다. 예를 들어, 14C는 탄소의 방사성 형태이고 12C와 13C는 안정한 동위 원소입니다. 지구에는 약 339개의 자연 발생 핵종이 있으며, 그 중 286개는 원시 핵종으로 형성 이후에 존재해 왔습니다. 태양계.

원래의 핵종에는 매우 긴 반감기(1억 년 이상)를 가진 32개의 핵종과 붕괴가 관찰되지 않았기 때문에 공식적으로 "안정된 핵종"으로 간주되는 254개의 핵종이 포함됩니다. 대부분의 경우 명백한 이유로 원소에 안정 동위원소가 있으면 그 동위원소가 지구와 태양계에서 발견되는 원소의 풍부함을 지배합니다. 그러나 세 가지 원소(텔루륨, 인듐, 레늄)의 경우, 자연에서 발견되는 가장 풍부한 동위 원소는 이러한 원소가 하나 이상의 안정 동위원소.

이 이론은 명백히 "안정된" 동위원소/핵종은 극도로 긴 반감기를 가진 방사성 물질이라고 예측합니다(모든 핵종을 결국 불안정하게 만드는 양성자 붕괴 가능성은 고려하지 않음). 지금까지 관측된 적이 없는 254개의 핵종 중 90개(처음 40개 원소 모두)만이 알려진 붕괴 형태에 대해 이론적으로 저항성이 있습니다. 41번 원소(니오븀)는 자연 핵분열에 의해 이론적으로 불안정하지만 이것은 발견된 적이 없습니다. 많은 다른 안정한 핵종들은 이론적으로 알파 붕괴나 이중 베타 붕괴와 같은 알려진 붕괴 형태에 에너지적으로 민감하지만 붕괴 생성물은 아직 관찰되지 않았으므로 이러한 동위원소는 "관찰적으로 안정한" 것으로 간주됩니다. 이러한 핵종의 예측된 반감기는 우주의 추정 연령을 훨씬 초과하는 경우가 많으며, 실제로 우주의 나이보다 반감기가 긴 알려진 방사성 핵종도 27개 있습니다.

인공적으로 생성된 방사성 핵종은 현재 3339개의 핵종이 알려져 있습니다. 여기에는 안정하거나 반감기가 60분 이상인 905개의 핵종이 포함됩니다.

동위원소 속성

화학적 및 분자적 특성

중성 원자는 양성자와 같은 수의 전자를 가지고 있습니다. 따라서 주어진 원소의 다른 동위원소는 같은 수의 전자를 가지며 비슷한 전자 구조. 원자의 화학적 거동은 전자 구조에 의해 크게 결정되기 때문에 다른 동위원소는 거의 동일한 화학적 거동을 나타냅니다.

이에 대한 예외는 운동 동위원소 효과입니다. 질량이 크기 때문에 무거운 동위원소는 같은 원소의 가벼운 동위원소보다 다소 느리게 반응하는 경향이 있습니다. 이것은 프로튬(1H), 중수소(2H) 및 삼중수소(3H)에서 가장 두드러집니다. 중수소는 양성자 질량의 2배이고 삼중수소는 양성자 질량의 3배이기 때문입니다. 이러한 질량 차이는 각각의 행동에도 영향을 미칩니다. 화학 접착제, 원자 시스템의 무게 중심 변경(감소된 질량). 그러나 더 무거운 원소의 경우 동위원소 간의 상대적인 질량 차이가 훨씬 작아 화학에서 질량 차이의 영향은 일반적으로 무시할 수 있습니다. (무거운 원소는 또한 가벼운 원소보다 상대적으로 더 많은 중성자를 가지므로 전체 전자 질량에 대한 핵 질량의 비율은 다소 더 큽니다.)

유사하게, 원자의 동위원소만 다른 두 분자(동위원소)는 동일한 전자 구조를 가지므로 물리적 및 화학적 특성을 거의 구별할 수 없습니다(다시 말하지만, 중수소와 삼중수소는 주요 예외임). 분자의 진동 모드는 모양과 구성 원자의 질량에 의해 결정됩니다. 따라서 서로 다른 동위체에는 서로 다른 진동 모드 세트가 있습니다. 진동 모드는 분자가 적절한 에너지의 광자를 흡수하도록 하기 때문에 동위체는 적외선에서 다른 광학적 특성을 갖습니다.

핵 특성 및 안정성

동위원소 반감기. 안정 동위 원소에 대한 그래프는 원소 번호 Z가 증가함에 따라 Z = N 선에서 벗어납니다.

원자핵은 양성자와 중성자가 잔류물에 의해 결합되어 구성됩니다. 강한 힘. 양성자는 양전하를 띠기 때문에 서로 반발합니다. 전기적으로 중성인 중성자는 두 가지 방식으로 핵을 안정화시킵니다. 이들의 접촉은 양성자를 약간 뒤로 밀어 양성자 사이의 정전기적 반발을 감소시키고, 서로 및 양성자에 인력을 가하는 핵력을 가합니다. 이러한 이유로 둘 이상의 양성자가 핵에 결합하려면 하나 이상의 중성자가 필요합니다. 양성자의 수가 증가함에 따라 안정적인 핵을 제공하는 데 필요한 양성자에 대한 중성자의 비율도 증가합니다(오른쪽 그래프 참조). 예를 들어 중성자:양성자 3 2 He의 비율은 1:2이지만 중성자:양성자 238 92 U의 비율은
3:2 이상. 많은 더 가벼운 요소는 1:1(Z = N)의 비율로 안정적인 핵종을 가지고 있습니다. 핵종 40 20 Ca(칼슘-40)은 동일한 수의 중성자와 양성자를 가진 관측 가능한 가장 무거운 안정 핵종입니다. (이론적으로 가장 무거운 안정은 유황-32입니다). 칼슘-40보다 무거운 모든 안정한 핵종은 양성자보다 중성자를 더 많이 포함합니다.

원소당 동위원소 수

안정동위원소를 가진 81개 원소 중 가장 큰 수모든 원소에 대해 관찰할 수 있는 안정 동위원소는 10개입니다(주석 원소의 경우). 9개의 안정 동위 원소가 있는 원소는 없습니다. 크세논은 8개의 안정 동위 원소를 가진 유일한 원소입니다. 4개의 원소는 7개의 안정 동위 원소를 가지고 있는데, 그 중 8개는 6개의 안정 동위 원소를, 10개는 5개의 안정 동위 원소를, 9개는 4개의 안정 동위 원소를, 5개는 3개의 안정 동위 원소를, 16개는 2개의 안정 동위 원소를, 26개는 단 하나의 원소를 가지고 있습니다(이 중 19개는 19개입니다. 천연 원소의 원자량을 고정밀도로 지배하고 고정하는 단일 원시 안정 동위원소를 갖는 소위 단핵종 원소, 3개의 방사성 단핵종 원소도 존재한다). 에 총붕괴가 관찰되지 않은 254개의 핵종이 있습니다. 하나 이상의 안정 동위 원소를 가진 80개 원소의 경우 안정 동위 원소의 평균 수는 254/80 = 원소당 3.2개입니다.

짝수 및 홀수 핵자

양성자: 중성자의 비율은 핵 안정성에 영향을 미치는 유일한 요소가 아닙니다. 그것은 또한 원자 번호 Z의 패리티 또는 홀수, 중성자의 수 N, 따라서 질량 수 A의 합에 의존합니다. 홀수 Z와 N은 모두 핵 결합 에너지를 낮추어 일반적으로 덜 안정적인 홀수 핵을 생성하는 경향이 있습니다 . 인접 핵, 특히 홀수 동위 원소 사이의 핵 결합 에너지의 이러한 상당한 차이는 중요한 결과를 낳습니다. 최적이 아닌 수의 중성자 또는 양성자를 가진 불안정한 동위 원소는 베타 붕괴(양전자 붕괴 포함), 전자 포획 또는 자연 발생과 같은 기타 이국적인 수단에 의해 붕괴됩니다. 핵분열과 붕괴 클러스터.

가장 안정한 핵종은 짝수개의 양성자와 짝수개의 중성자이며 Z, N, A는 모두 짝수입니다. 홀수 안정 핵종은 (거의 균등하게) 홀수 핵종으로 나뉩니다.

원자 번호

148개의 짝수 양성자, 짝수 중성자(EE) 핵종은 모든 안정 핵종의 ~58%를 구성합니다. 또한 22개의 원시 장수 짝수 핵종이 있습니다. 결과적으로 2부터 82까지의 41개의 짝수 원소는 각각 적어도 하나의 안정 동위 원소를 가지며, 이들 원소의 대부분은 여러 개의 1차 동위 원소를 가지고 있습니다. 이 짝수 원소의 절반은 6개 이상의 안정 동위 원소를 가지고 있습니다. 2개의 양성자와 2개의 중성자의 이원 결합으로 인한 헬륨-4의 극도의 안정성은 5개 또는 8개의 핵자를 포함하는 핵종이 핵융합을 통해 더 무거운 원소를 축적하기 위한 플랫폼 역할을 할 만큼 충분히 오래 존재하는 것을 방지합니다.

이 53개의 안정한 핵종은 우수양성자와 홀수개의 중성자. 약 3배 많은 짝수 동위원소에 비해 소수입니다. 안정한 핵종을 가진 짝수-Z 원소 41개 중 짝수 번째 안정한 핵종이 없는 원소는 두 개(아르곤과 세륨)뿐이다. 하나의 요소(주석)에는 3개가 있습니다. 하나의 홀수 짝수 핵종을 가진 24개의 원소와 2개의 홀수 짝수 핵종을 가진 13개의 원소가 있습니다.

홀수 중성자 수로 인해 짝수 홀수 핵종은 다음을 갖는 경향이 있습니다. 큰 섹션중성자 결합의 효과에서 발생하는 에너지로 인한 중성자의 포획. 이러한 안정한 핵종은 자연계에 비정상적으로 풍부할 수 있는데, 이는 주로 s가 과정이고 r이 어떻게 하는 과정에서 또 다른 안정한 짝수 홀수 동위원소를 형성하기 위해 중성자 포획을 탈출하여 원시 풍부에 들어가고 형성해야 하기 때문입니다. 중성자 포획 과정 핵합성 중.

홀수 원자 번호

짝수 쌍의 중성자에 의해 안정화된 48개의 안정적인 홀수 양성자 및 짝수 중성자 핵종은 홀수 원소의 안정 동위 원소의 대부분을 형성합니다. 아주 소수의 홀수-양성자-홀수 중성자 핵종이 다른 핵종을 구성합니다. Z = 1에서 81까지 41개의 홀수 원소가 있으며 그 중 39개는 안정 동위 원소를 가지고 있습니다(원소 테크네튬(43 Tc)과 프로메튬(61 Pm)에는 안정 동위 원소가 없음). 이 39개의 홀수 Z 원소 중 30개의 원소(중성자가 0인 수소-1 포함)에는 안정적인 홀수 짝수 동위 원소가 1개 있고 염소(17 Cl), 칼륨(19K), 구리(29 Cu), 갈륨( 31 Ga), 브롬(35 Br), 은(47 Ag), 안티몬(51 Sb), 이리듐(77 Ir) 및 탈륨(81 Tl)은 각각 2개의 홀수-짝수 안정 동위 원소를 가지고 있습니다. 따라서 30 + 2 (9) = 48개의 안정한 짝수-짝수 동위원소가 얻어진다.

5개의 안정한 핵종만이 홀수개의 양성자와 홀수개의 중성자를 모두 포함합니다. 처음 4개의 "홀수-홀수" 핵종은 저분자량 핵종에서 발생하며, 양성자에서 중성자로 또는 그 반대로 변경하면 매우 편향된 양성자-중성자 비율이 발생합니다.

유일하게 완전히 "안정한" 홀수 홀수 핵종은 180m 73 Ta이며, 이는 254개의 안정 동위 원소 중 가장 희귀한 것으로 간주되며 실험 시도에도 불구하고 붕괴가 아직 관찰되지 않은 유일한 원시 핵 이성질체입니다.

홀수 중성자

중성자 수가 홀수인 악티늄족은 (열 중성자와 함께) 분열하는 경향이 있는 반면, 중성자 수가 짝수인 악티늄족은 빠른 중성자로 분열하지만 그렇지 않은 경향이 있습니다. 관측적으로 안정적인 모든 홀수-홀수 핵종은 0이 아닌 정수 스핀을 가지고 있습니다. 이것은 짝을 이루지 않은 단일 중성자와 짝을 이루지 않은 양성자가 정렬된 것보다 정렬된 경우(최소 1단위의 총 스핀 생성) 서로 더 많은 핵력 인력을 갖기 때문입니다.

자연에서 발생

원소는 하나 이상의 자연 발생 동위원소로 구성됩니다. 불안정한(방사성) 동위원소는 일차적이거나 사후적입니다. 원래의 동위원소는 항성 핵합성의 산물이거나 우주선 분할과 같은 다른 유형의 핵합성의 산물이며 붕괴 속도가 너무 느리기 때문에 현재까지 지속되어 왔습니다(예: 우라늄-238 및 칼륨-40). 포스트-자연 동위원소는 우주 발생 핵종(예: 삼중수소, 탄소-14) 또는 방사성 원시 동위원소가 방사성 방사성 핵종의 딸로 붕괴(예: 우라늄에서 라듐)로 붕괴하는 우주 광선 충격에 의해 생성되었습니다. 여러 동위원소는 자연적으로 핵생성 핵종으로 합성되고 나머지는 자연적으로 합성됩니다. 핵반응예를 들어, 자연 핵분열의 중성자가 다른 원자에 흡수될 때.

위에서 논의한 바와 같이, 80개의 원소만이 안정 동위 원소를 갖고 있고, 그 중 26개 원소는 단 하나의 안정 동위 원소를 가지고 있습니다. 따라서 안정 원소의 약 3분의 2는 지구에서 자연적으로 몇 가지 안정 동위원소로 발생하며, 주석(50Sn)의 경우 원소에 대한 안정 동위원소의 가장 높은 수는 10개입니다. 지구에는 약 94개의 원소(플루토늄 포함)가 존재하지만 일부는 플루토늄-244와 같이 매우 소량만 발견됩니다. 과학자들은 지구에서 자연적으로 발생하는 원소(일부는 방사성 동위원소로만 존재)가 총 339개의 동위원소(핵종)로 발생한다고 믿습니다. 이러한 자연 발생 동위원소 중 254개만이 현재까지 관찰되지 않았다는 점에서 안정적입니다. 추가로 35개의 원시 핵종(총 289개의 원시 핵종)이 알려진 반감기를 가진 방사성이지만 반감기가 8천만 년을 초과하여 태양계 시작 이후에 존재할 수 있습니다.

알려진 모든 안정 동위 원소는 지구에서 자연적으로 발생합니다. 다른 천연 동위원소는 방사성이지만 상대적으로 반감기가 길거나 다른 연속적인 자연 생산 방법 때문에 방사성입니다. 여기에는 위에서 언급한 우주 생성 핵종, 핵 생성 핵종, 그리고 우라늄의 라돈 및 라듐과 같은 1차 방사성 동위원소의 지속적인 붕괴로 인한 모든 방사성 동위원소가 포함됩니다.

자연에서 발견되지 않는 또 다른 ~3000개의 방사성 동위원소가 원자로와 입자 가속기에서 생성되었습니다. 많은 단명 동위원소가 발견되지 않음 당연히지구에서 별이나 초신성에서 자연적으로 생성되는 분광 분석에 의해 관찰되었습니다. 예를 들어 알루미늄-26은 지구에서 자연적으로 발생하지 않지만 천문학적 규모로 풍부하게 발견됩니다.

원소의 표로 만든 원자 질량은 질량이 다른 여러 동위 원소의 존재를 설명하는 평균입니다. 동위 원소의 발견 이전에 경험적으로 결정된 비적분 값은 원자 질량에 혼란을 일으켰습니다. 예를 들어, 염소 샘플에는 75.8%의 염소-35와 24.2%의 염소-37이 포함되어 있어 평균 원자 질량이 35.5 원자 질량 단위입니다.

일반적으로 받아들여지는 우주론에 따르면, 수소와 헬륨의 동위 원소, 리튬과 베릴륨의 일부 동위 원소의 흔적, 그리고 아마도 일부 붕소만이 빅뱅에서 생성되었으며 다른 모든 동위 원소는 나중에 별과 별에서 합성되었습니다. 초신성, 그리고 또한 우주선과 같은 에너지 입자와 이전에 생성된 동위 원소 간의 상호 작용. 지구에 상응하는 동위원소의 풍부함은 이러한 과정에 의해 생성된 양, 은하를 통한 전파, 불안정한 동위원소의 붕괴 속도 때문입니다. 태양계의 초기 병합 이후 동위 원소는 질량에 따라 재분배되었으며 원소의 동위 원소 구성은 행성마다 약간 다릅니다. 이것은 때때로 운석의 기원을 추적하는 것을 가능하게 합니다.

동위 원소의 원자 질량

동위 원소의 원자 질량(mr)은 주로 질량 수(즉, 핵의 핵자 수)에 의해 결정됩니다. 작은 수정은 핵의 결합 에너지, 양성자와 중성자 사이의 작은 질량 차이, 원자와 관련된 전자의 질량 때문입니다.

질량수 무차원량이다. 반면에 원자량은 탄소-12 원자의 질량을 기준으로 원자량 단위를 사용하여 측정됩니다. 그것은 기호 "u"(통합 원자 질량 단위의 경우) 또는 "Da"(달톤의 경우)로 표시됩니다.

원소의 자연 동위 원소의 원자 질량은 원소의 원자 질량을 결정합니다. 원소가 N개의 동위 원소를 포함할 때, 아래 식은 평균 원자 질량에 적용됩니다.

여기서 m 1 , m 2 , … , mN은 각 개별 동위 원소의 원자 질량이고 x 1 , …

동위 원소의 응용

주어진 요소의 다양한 동위 원소의 특성을 이용하는 여러 응용 프로그램이 있습니다. 동위원소 분리는 특히 우라늄이나 플루토늄과 같은 중원소에서 중요한 기술적 문제입니다. 리튬, 탄소, 질소 및 산소와 같은 더 가벼운 원소는 일반적으로 CO 및 NO와 같은 화합물의 기체 확산에 의해 분리됩니다. 수소와 중수소의 분리는 거들러 황화물 공정과 같이 물리적 특성보다는 화학적 특성을 기반으로 하기 때문에 드문 일입니다. 우라늄 동위원소는 기체 확산, 기체 원심분리, 레이저 이온화 분리 및 (맨해튼 프로젝트에서) 질량 분석 생산 유형별로 부피별로 분리되었습니다.

화학적 및 생물학적 특성의 사용

동위원소 분석은 동위원소 시그니처, 즉 특정 샘플에서 주어진 원소의 동위원소의 상대적 존재비를 결정하는 것입니다. 특히 영양소의 경우 C, N 및 O 동위원소에 상당한 변동이 있을 수 있으며 이러한 변동의 분석은 검출과 같은 광범위한 응용 분야에서 사용됩니다. 식료품또는 지리적 기원 isoscopies를 사용하는 제품. 화성에서 기원한 일부 운석의 식별은 일부 운석에 포함된 미량 기체의 동위원소 서명을 기반으로 합니다.
동위원소 치환은 동위원소 효과를 통해 화학 반응의 메커니즘을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
또 다른 일반적인 응용 프로그램은 동위 원소 라벨링, 특이한 동위 원소를 추적자 또는 마커로 사용하는 것입니다. 화학 반응. 일반적으로 주어진 요소의 원자는 서로 구별할 수 없습니다. 그러나 동위원소를 이용하여 다른 대중, 다양한 비 방사성 안정 동위 원소조차도 질량 분석 또는 적외선 분광법을 사용하여 구별 할 수 있습니다. 예를 들어, "세포 배양에서 아미노산의 안정 동위 원소 라벨링"(SILAC)에서 안정 동위 원소는 단백질을 정량화하는 데 사용됩니다. 방사성 동위원소를 사용하는 경우 방출하는 방사선으로 검출할 수 있습니다(이를 방사성 동위원소 표시라고 함).
동위원소는 알려진 양의 동위원소 치환된 화합물을 샘플과 혼합하고 생성된 혼합물의 동위원소 특성을 질량 분석기를 사용하여 결정하는 동위원소 희석법을 사용하여 다양한 원소 또는 물질의 농도를 결정하는 데 일반적으로 사용됩니다.

핵 속성 사용

방사성 동위원소 태그 지정과 유사한 방법은 방사성 연대측정법입니다. 불안정한 원소의 알려진 반감기를 사용하여 알려진 동위원소 농도가 존재한 이후 경과된 시간을 계산할 수 있습니다. 가장 널리 유명한 예— 탄소 재료의 나이를 결정하는 데 사용되는 방사성 탄소 연대 측정.
일부 형태의 분광법은 방사성 및 안정한 특정 동위원소의 고유한 핵 특성을 기반으로 합니다. 예를 들어, 핵 자기 공명(NMR) 분광법은 핵 스핀이 0이 아닌 동위원소에만 사용할 수 있습니다. NMR 분광법에 사용되는 가장 일반적인 동위 원소는 1 H, 2 D, 15 N, 13 C 및 31 P입니다.
Mössbauer 분광법은 또한 57 Fe와 같은 특정 동위 원소의 핵 전이에 의존합니다.

· 반감기 · 질량수 · 핵연쇄반응

술어

동위 원소 발견의 역사

동일한 화학적 거동을 갖는 물질이 다른 물리적 특성을 가질 수 있다는 첫 번째 증거는 중원소 원자의 방사성 변환 연구에서 나왔습니다. 1906-07년에 우라늄-이오늄의 방사성 붕괴 생성물과 토륨-방사성 토륨의 방사성 붕괴 생성물이 토륨과 동일한 화학적 성질을 갖지만 원자 질량 및 방사성의 특성이 다르다는 것이 분명해졌습니다. 부식. 나중에 세 제품 모두 동일한 광학 및 X선 스펙트럼을 가지고 있음이 밝혀졌습니다. 에서 동일한 물질 화학적 특성, 그러나 원자 질량과 일부는 다릅니다. 물리적 특성, 영국 과학자 F. Soddy의 제안으로 동위 원소라고 불리기 시작했습니다.

자연의 동위원소

지구상의 원소의 동위 원소 구성은 모든 물질에서 동일하다고 믿어집니다. 약간 물리적 과정본질적으로 요소의 동위 원소 구성을 위반하게됩니다 (자연 분류가벼운 원소의 동위 원소 특성 및 자연 수명 동위 원소의 붕괴 동안 동위 원소 이동). 핵 광물의 점진적인 축적 - 일부 수명이 긴 핵종의 붕괴 생성물은 핵 지구 연대기에서 사용됩니다.

인간의 동위 원소 사용

기술 활동에서 사람들은 원소의 동위 원소 구성을 변경하여 원하는 것을 얻는 법을 배웠습니다. 특정 속성재료. 예를 들어, 235U는 열중성자 핵분열 연쇄 반응이 가능하며 원자로나 핵무기의 연료로 사용할 수 있습니다. 그러나 천연 우라늄은 이 핵종의 0.72%만을 함유하고 있는 반면, 연쇄 반응 235U의 함량이 3% 이상인 경우에만 실질적으로 가능합니다. 근접성으로 인해 물리화학적 성질중원소의 동위원소와 달리 우라늄의 동위원소 농축 과정은 전 세계 12개 국가에서만 가능한 매우 복잡한 기술적 과제입니다. 많은 과학 및 기술 분야(예: 방사성 면역 분석)에서 동위원소 라벨이 사용됩니다.