동위 원소는 무엇입니까?

동위 원소는 원자 연구에서 중요한 개념입니다. 화학자, 물리학 자 및 지질 학자들은이를 사용하여 우리 세계를 이해합니다. 그러나 동위 원소가 무엇인지 또는 왜 그렇게 중요한지 설명하기 전에 한 걸음 물러서서 원자 전체를 살펴볼 필요가 있습니다.

우리의 원자 세계

아시다시피 원자에는 세 가지 주요 구성 요소 가 있으며 그 중 두 가지는 핵에 있습니다. 원자의 중심에 위치한 핵은 밀집된 입자 클러스터입니다. 이러한 입자 중 일부는 양성자이며 양전하를 띠고 있습니다.

반대 요금이 발생한다는 것은 잘 문서화되어 있습니다. 한편, 비슷하게 충전 된 시체는 서로 격퇴하는 경향이 있습니다. 그래서 여기에 질문이 있습니다. 두 개 이상의 양성자가 양전하를 띠는 동일한 핵에서 어떻게 공존 할 수 있습니까? 그들은 서로를 밀어 내야하지 않습니까?

그것이 중성자가 들어오는 곳입니다. 중성자는 양성자와 핵을 공유 하는 아 원자 입자 입니다. 그러나 중성자는 전하를 가지고 있지 않습니다. 이름 그대로 중성자는 중성이며 양전하도 음전하도 아닙니다. 그것은 중요한 속성입니다. 중립성 덕분에 중성자는 양성자가 서로 핵 밖으로 빠져 나가는 것을 막을 수 있습니다.

"초등학생, 사랑하는 왓슨"

핵을 도는 것은 전자, 음전하를 띤 초경량 입자입니다. 전자는 화학적 결합을 촉진 하고 그 움직임은 전기 라고하는 작은 것을 생성 할 수 있습니다 . 양성자는 그다지 중요하지 않습니다. 우선, 그들은 과학자들이 요소를 구분하는 데 도움이됩니다.

대부분의 주기율표 버전 에서 각 사각형에는 오른쪽 상단 모서리에 작은 숫자가 인쇄되어 있습니다. 그 숫자를 원자 번호라고합니다. 그것은 독자에게 주어진 원소의 원자핵에 몇 개의 양성자가 있는지 알려줍니다. 예를 들어 산소의 원자 번호는 8입니다. 우주의 모든 산소 원자는 정확히 8 개의 양성자를 가진 핵을 가지고 있습니다. 그 이상도 이하도 아닌.

이처럼 특정한 입자 배열이 없다면 산소는 산소가 될 수 없습니다. 산소를 포함한 각 원소의 원자 번호는 완전히 고유합니다. 그리고 그것은 정의하는 특성입니다. 다른 원소는 핵당 8 개의 양성자를 갖지 않습니다. 양성자를 세어 원자를 식별 할 수 있습니다. 산소 원자가 항상 8 개의 양성자를 갖는 것처럼, 질소 원자에는 항상 7 개가 있습니다. 그렇게 간단합니다.

중성자는 뒤 따르지 않습니다. 산소 원자의 핵은 8 개의 양성자를 보유하고 있습니다. 그러나 4 ~ 20 개의 중성자를 포함 할 수도 있습니다 . 동위 원소는 중성자의 수가 다른 동일한 화학 원소의 변종입니다.

이제 각 동위 원소는 원자의 중성자와 양성자의 총 합인 질량 수를 기준으로 명명됩니다. 예를 들어, 더 잘 알려진 산소 동위 원소 중 하나는 산소 -18 (O-18)입니다. 표준 8 개의 양성자와 10 개의 중성자가 있습니다.

에르고, O-18의 질량수는-당신이 짐작했듯이-18입니다. 관련된 동위 원소 인 산소 -17 (O-17)은 핵에 중성자가 하나 더 적습니다.

불안정한 느낌

일부 조합은 다른 조합보다 강합니다. 과학자들은 O-17과 O-18을 안정 동위 원소로 분류합니다. 안정된 동위 원소에서 양성자와 중성자에 의해 가해지는 힘은 서로를 결합 하여 영구적으로 핵을 손상시키지 않습니다.

반면에 " 방사성 동위 원소 "라고도하는 방사성 동위 원소의 핵 은 불안정하며 시간이지나면서 붕괴됩니다. 이것들은 장기적으로 근본적으로 지속 불가능한 양성자 대 중성자 비율을 가지고 있습니다. 아무도 그 곤경에 머물고 싶어하지 않습니다. 따라서, 방사성 동위 원소가됩니다 창고 가 좋은으로 자신을 변환 할 때까지 특정 아 원자 입자 (및 릴리스 에너지), 안정 동위 원소.

O-18은 안정적이지만 산소 -19 (O-19)는 그렇지 않습니다. 후자는 필연적으로 분해 될 것입니다 – 빠르게! 생성 후 26.88 초 이내에 O-19 샘플은 붕괴의 파괴로 원자의 절반을 잃게됩니다.

즉, O-19의 반감기는 26.88 초입니다. 반감기 는 동위 원소 샘플의 50 %가 붕괴하는 데 걸리는 시간 입니다. 이 개념을 기억하십시오. 다음 섹션에서 고생물학과 연결해 보겠습니다.

그러나 화석 과학에 대해 이야기하기 전에 중요한 점이 있습니다. 산소와 달리 일부 원소에는 안정된 동위 원소가 전혀 없습니다. 우라늄을 고려하십시오. 자연계에는이 중금속의 3 개의 동위 원소가 있으며, 그것들은 모두 방사성 이며, 원자핵은 일정한 붕괴 상태에 있습니다. 결국 우라늄 덩어리는 완전히 다른 원소로 변할 것입니다.

실시간으로 전환을 보려고하지 마십시오. 이 과정은 아주 아주 천천히 전개 됩니다.

데이트 받기 (및 건강 유지)

원소의 가장 일반적인 동위 원소 인 Uranium-238 (U-238)은 약 45 억년 의 반감기를 가지고 있습니다 ! 점차적으로 안정된 납 -206 (Pb-206)이됩니다. 마찬가지로, 우라늄 -235 (U-235) (반감기가 7 억 4 천만년)는 또 다른 안정 동위 원소 인 납 -207 (Pb-207)로 전환됩니다.

지질 학자에게 이것은 정말 유용한 정보입니다. 누군가가 지르콘 결정 에 U-235와 Pb-207의 혼합물이 포함 된 암석 조각을 발견했다고 가정 해 보겠습니다 . 이 두 원자의 비율은 과학자들이 암석의 나이를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

방법은 다음과 같습니다. 납 원자가 우라늄 원자 보다 훨씬 많다고 합시다 . 이 경우 꽤 오래된 바위를보고 있다는 것을 알고 있습니다. 결국, 우라늄은 스스로 납으로 변하기 시작할 충분한 시간을 가졌습니다. 반면에 그 반대가 사실이고 우라늄 원자가 더 흔하다면 암석은 더 어린 편에 있어야합니다.

방금 설명한 기술을 방사성 연대 측정 이라고 합니다. 그것은 잘 문서화 된 불안정한 동위 원소의 붕괴율을 사용하여 암석 샘플과 지질 구조의 나이를 추정 하는 행위입니다 . 고생물학 자들은이 전략을 이용하여 특정 화석이 퇴적 된 이후 얼마나 많은 시간이 경과했는지 확인합니다. (표본의 날짜를 직접적 으로 기록하는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다 .)

동위 원소를 감상하기 위해 선사 시대 애호가 일 필요는 없습니다. 의료 종사자 들은 일부 방사성 품종을 사용하여 혈류를 모니터링하고 뼈 성장을 연구하며 암과 싸우기도합니다. 방사성 동위 원소는 또한 농부들에게 토양의 질에 대한 통찰력을 제공하는 데 사용되었습니다 .

그래서 거기에 있습니다. 중성자의 가변성만큼 추상적으로 보이는 것은 암 치료에서 심해의 신비에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칩니다. 과학은 굉장합니다.

이제 재미 있어요

스포츠와 과학은 생각보다 더 자주 길을 건너갑니다. 뉴 멕시코에서 가장 큰 도시인 2003 년에 새로운 마이너 리그 야구 팀이 탄생했습니다. 이름? 앨버 커키 동위 원소. "The Simpsons"의 시즌 12 에피소드에 대한 언급 인이 팀의 특이한 이름은 유쾌한 부작용이있었습니다. 필요에 따라 야구장 직원 은 호기심 많은 팬들 에게 정기적으로 화학 수업 을 진행 합니다.