원소의 모든 원자가 동일한 수의 양성자를 갖지만 개별 원자는 다른 수의 중성자를 가질 수 있습니다. 이러한 서로 다른 원자를 동위 원소라고합니다. 염소 (Cl)의 모든 원자에는 17 개의 양성자가 있지만 15 ~ 23 개의 중성자를 가진 염소 동위 원소가 있습니다. 2 개의 염소 동위 원소 만이 자연계에서 상당한 양으로 존재합니다 : 18 개의 중성자를 가진 것 (자연에서 발견되는 모든 염소 원자의 75.53 %)과 20 개의 중성자를 가진 것 (24.47 %). 동위 원소 기호를 쓰려면 원자 번호를 아래 첨자로, 질량 번호 (양성자 + 중성자)를 위 첨자로 원자 기호 왼쪽에 배치합니다. 두 개의 자연 발생 염소 동위 원소에 대한 기호는 다음과 같이 작성됩니다. \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) 및 \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . 아래 첨자는 염소의 모든 원자가 17 개의 양성자를 가지고 있기 때문에 다소 불필요합니다. 동위 원소 기호는 일반적으로 35Cl 및 37Cl에서와 같이 아래 첨자없이 작성됩니다. 이러한 동위 원소를 논의 할 때 염소 -35와 염소 -37이라는 용어를 사용하여 이들을 구분합니다. 일반적으로 원자가 안정 되려면 양성자보다 중성자가 더 많아야합니다. 두 종류의 기본 입자가 너무 많은 핵은 불안정하며 방사능으로 분해됩니다.
원자의 총 질량을 원자량이라고하며 근사치입니다. 구성하는 양성자, 중성자 및 전자의 질량의 합. 양성자, 중성자 및 전자가 결합하여 원자를 형성하면 질량의 일부가 에너지로 변환되어 방출됩니다. (이것이 핵융합 반응의 에너지 원입니다. 잃어버린 질량에 대한 에너지가 외부에서 공급되지 않으면 원자는 기본 입자로 분해 될 수 없기 때문에이 에너지를 핵의 결합 에너지라고합니다.
예제 \ (\ PageIndex {2} \) :
양성자, 전자 및 중성자로부터 탄소 -12 원자가 형성 될 때 손실되는 질량을 계산합니다.
해결책
모든 탄소 원자의 원자 번호는 6이고, 탄소 -12는 6 개의 양성자를 가지며 따라서 6 개의 전자를 갖습니다. 중성자의 수를 구하기 위해 우리는 다음에서 양성자의 수를 뺍니다. 질량 수 : 12 – 6 = 6 중성자 표 1-1의 데이터를 사용하여 다음 입자의 총 질량을 계산할 수 있습니다.
양성자 : 6 x 1.00728 amu = 6.04368 u
중성자 : 6 x 1.00867 amu = 6.05202 u
전자 : 6 x 0.00055 amu = 0.00330 u
총 입자 질량 = 12.09900 u
그러나 원자 질량 단위의 규모로 정의하면 질량은 하나의 탄소 -12 원자는 정확히 12 amu. 따라서 입자에서 원자를 만드는 과정에서 0.0990 u의 질량이 사라졌습니다.
원소의 각 동위 원소는 원자 번호 (양성자 수), 즉 질량을 특징으로합니다. 수 (양성자와 중성자의 총 수) 및 원자량 (원자 질량 단위의 원자 질량). 원자 형성시 질량 손실이 적기 때문에 질량 수는 일반적으로 가장 가까운 정수로 반올림 한 원자량과 동일합니다 (예 : 염소 -37의 원자량은 36.966이며 이는 37로 반올림 됨). 자연에 원소의 동위 원소가 여러 개인 경우 실험적으로 관찰 된 원자량 (자연 원자량)은 동위 원소 무게의 가중 평균입니다. 평균은 동위 원소의 존재 비율에 따라 가중됩니다. 염소는 자연에서 75.53 % chlorine-35 (34.97u) 및 24.47 % chlorine-37 (36.97u)으로 발생하므로 동위 원소 중량의 가중 평균은 (07553 x 34.97 u) + (0.2447 x 36.97 u) = 35.46u입니다. . 주기율표에서 발견 된 원자량은 모두 자연에서 발생하는 동위 원소의 가중 평균이며, 이들은 하나의 동위 원소를 구체적으로 논의 할 때를 제외하고는이 기사의 나머지 부분에 사용 된 수치입니다. 일반적으로 원소의 모든 동위 원소는 화학적으로 동일한 방식으로 행동합니다. 이들의 행동은 확산 속도와 같은 질량에 민감한 특성과 관련하여 다릅니다.
예제 \ (\ PageIndex {3} \) :
마그네슘 (Mg)은 천연 동위 원소 : 모든 마그네슘 원자의 78.70 %는 원자량 23.985u, 10.13 %는 원자량 24.986u, 11.17 %는 원자량 25.983u입니다. 이 세 개의 동위 원소에 각각 몇 개의 양성자와 중성자가 존재합니까? 각 동위 원소의 기호는 어떻게 작성됩니까? 마지막으로, 원자 무게의 가중 평균은 얼마입니까?
해결 방법
모든 마그네슘 동위 원소에는 12 개의 양성자가 있습니다. 원자 무게가 23.985u 인 동위 원소는 질량 수가 24 (양성자와 중성자)이므로 24-12 개의 양성자는 12 개의 중성자를 제공합니다. 이 동위 원소의 기호는 24Mg입니다. 마찬가지로 원자량이 24.986 amu 인 동위 원소는 질량수가 25, 중성자 13 개, 상징으로 25Mg이다. 세 번째 동위 원소 (25.983amu)는 질량수가 26 개, 중성자 14 개, 기호로 26Mg입니다. 평균 원자량은 다음과 같이 계산됩니다.
(0.7870 x 23.985) + (0.1013 x 24.986) + (0.1117 x 25.983) = 24.31 u
기여자 및 기여
- Dickerson, Richard E. and Gray, Harry B. and Haight, Gilbert P (1979) 화학 원리 .