탄소 동위 원소

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탄소는 원자량 8~22 사이에 총 15개의 동위 원소가 알려져 있다. 이들 중 12C와 13C는 안정 동위 원소이다. 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 것은 14C로 반감기가 약 5700년이며, 자연에도 미량 존재한다. 인공 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 것은 11C로 반감기가 20.334분이다. 나머지는 모두 반감기가 20초 이하이며, 가장 짧은 것은 8C(반감기 2.0×10-21초)이다.

탄소의 표준 원자량은 12.0107(8)u이다.

탄소-12[편집]

탄소-12안정 동위 원소로 탄소 동위 원소 중 98.9%를 차지한다. 1961년 탄소-12 원자 1개 질량의 1/12를 원자 질량 단위가 채택된 이래 원자 질량의 기준으로 사용되고 있으며, 이 정의에 따라 탄소-12의 원자 질량은 정확히 12가 된다. 이전까지는 산소를 원자 질량의 기준으로 삼았으나, 화학자들은 산소 동위 원소의 비율을 고려한 단위를, 물리학자들은 산소-16만을 기준으로 한 단위를 사용하여 미세한 오차가 발생하였기 때문에 통일된 것이다.[1]

탄소-13[편집]

탄소-13은 탄소의 안정 동위 원소의 하나로, 전체 탄소의 1.1%를 차지한다. 핵 스핀이 1/2-이므로 유기 화합물의 구조를 알아내는데 사용하는 NMR 실험에 사용된다.

탄소-14[편집]

탄소-14는 '동위성 탄소'라고도 하며, 약 5730년의 반감기를 거쳐 β- 붕괴하여 질소-14(14N)가 된다. 자연에는 극미량(전체 탄소의 약 1조 분의 1) 존재하며, 1936년에 처음으로 그 존재가 관찰되었다.[2] 지상 9km에서 우주선에 의해 생성되는 중성자질소-14와 반응하여 생성되며, 그 양이 일정하게 유지되나, 대기권에서 행해지는 핵실험에 의해 변동이 있을 수 있다. 유기물 시료 속에 존재하는 다른 탄소 동위 원소와의 비율을 조사하여 방사성 탄소 연대 측정법에 이용되며, 대략 5만 년까지의 연대를 측정할 수 있다.

[편집]

핵자
Z(p) N(n)  
동위 원소 질량 (u)
 
반감기 붕괴 방식 붕괴 생성
동위 원소

스핀
자연계에 존재하는
동위 원소
범위
(몰 분율)
자연계에 존재하는
최대 범위
(몰 분율)
8C 6 2 8.037675(25) 2.0(4) × 10−21 s
[230(50) keV]
2p 6Be 0+
9C 6 3 9.0310367(23) 126.5(9) ms β+ (60%) 9B (3/2-)
β+, p (23%) 8Be
β+, α (17%) 5Li
10C 6 4 10.0168532(4) 19.290(12) s β+ 10B 0+
11C 6 5 11.0114336(10) 20.334(24) min β+ (99.79%) 11B 3/2-
K-포획 (0.21%) 11B
12C 6 6 12 (원자 질량의 기준) 안정 0+ 0.9893(8) 0.98853-0.99037
13C 6 7 13.0033548378(10) 안정 1/2- 0.0107(8) 0.00963-0.01147
14C 6 8 14.003241989(4) 5,730y β 14N 0+ 미량 <10−12
15C 6 9 15.0105993(9) 2.449(5) s β 15N 1/2+
16C 6 10 16.014701(4) 0.747(8) s β, n (97.9%) 15N 0+
β (2.1%) 16N
17C 6 11 17.022586(19) 193(5) ms β (71.59%) 17N (3/2+)
β, n (28.41%) 16N
18C 6 12 18.02676(3) 92(2) ms β (68.5%) 18N 0+
β, n (31.5%) 17N
19C 6 13 19.03481(11) 46.2(23) ms β, n (47.0%) 18N (1/2+)
β (46.0%) 19N
β, 2n (7%) 17N
20C 6 14 20.04032(26) 16(3) ms
[14(+6-5) ms]
β, n (72.0%) 19N 0+
β (28.0%) 20N
21C 6 15 21.04934(54)# <30 ns n 20C (1/2+)#
22C 6 16 22.05720(97)# 6.2(13) ms
[6.1(+14-12) ms]
β 22N 0+

각주[편집]

  1. 심국석; 김봉래; 이순영. 《하이탑 고등학교 화학 I》. 두산동아. 56쪽. ISBN 978-89-0030-449-7. 
  2. Bonner, T. W.; Brubaker, W. M. (1936). “The disintegration of nitrogen by slow neutrons”. 《Physical Reviews》 49: 778.