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9.1:

방사능과 핵 반응식

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Chemistry
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Radioactivity and Nuclear Equations

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원자의 밀도가 가장 높은 지역은 원자핵으로, 양자와 중성자를 포함하고 있으며, 집합적으로 핵이라고 불립니다. 특정 수의 양성자와 중성자에 의해 정의된 원자의 유형을 핵종이라고 합니다. 핵종에 대한 표기법은 원소 기호, 원자 번호 및 질량 번호로 구성됩니다.핵종에 대한 여러 단축 표기법 중 하나는 원소 이름, 하이픈 및 질량 번호를 사용하는 것입니다. 원자 번호는 같지만 질량 수는 다른 핵종을 서로의 동위원소라고 합니다. 따라서 탄소는 여기에서 3개의 동위원소를 가지고 있습니다.핵종들은 또한 그것들의 에너지 상태에 의해 특징짓습니다. 예를 들어 단일 동위원소 테크네튬-99는 두 가지 다른 상태 즉, 낮은 에너지 접지 상태와 전이 가능 상태라고 하는 장기 여기 상태로 존재합니다. 이 두 종은 비록 같은 수의 양성자와 중성자를 가지고 있지만 서로 다른 핵종입니다.흥미롭게도, 주기율표의 몇몇 원소들은 무한정 온전하게 유지되는 안정한 핵종을 가지고 있습니다. 반대로 일부 원소는 방사성 핵종이라고 불리는 불안정한 핵종만을 가지고 있습니다. 예를 들어 우라늄-238은 자발적으로 핵분열을 하여 토륨-234를 생성합니다.이 과정을 방사성 붕괴라고 합니다. 붕괴 중에 생성된 딸핵종은 안정적일 수도 있고 방사성일 수도 있습니다. 이 과정에 작은 조각이 생기거나 전자기 방사선이 방출됩니다.알파 입자는 헬륨 핵과 동등합니다. 방출에 의해 원자 번호를 2만큼, 질량 번호를 4만큼 감소시킵니다. 베타 입자는 전자와 동등합니다.방출될 때 딸핵종의 원자 번호는 1만큼 증가합니다. 이런 입자는 음전하를 띠기 때문에 베타-방사선이라고 불립니다. 전자와 질량은 같지만 전하가 반대인 양전자가 방출하면 원자 번호가 1만큼 감소됩니다.종종 베타 배출이라고 합니다. 감마선은 원자나 질량수를 변화시키지 않는 고에너지 전자기 복사입니다. 양성자 방출은 질량 수와 원자 수를 각각 1씩 감소시키는 반면, 중성자 방출은 질량 수를 1씩 감소시킵니다.핵 방정식은 부모 핵종과 딸 핵종의 차이를 보여주며 붕괴의 성격을 나타냅니다. 우라늄-238에서 토륨-234로의 방사성 붕괴는 알파 입자의 방출을 동반합니다. 핵 방정식은 화학 방정식과 마찬가지로 균형을 이루고 있습니다.질량수의 합은 방정식의 각 측면에서 동일합니다. 이것은 알파 붕괴이기 때문에 원자 번호의 합도 마찬가지입니다.

9.1:

방사능과 핵 반응식

핵화학은 핵구조의 변화를 수반하는 반응의 연구이다. 원자의 핵은 양성자및 수소를 제외하고 중성자로 구성됩니다. 핵내의 양성자의 수는 원소의원자수(Z)라고하며, 양성자 수와 중성자 수의 합은 질량수(A)이다. 원자 수가 동일하지만 질량 수가 다른 원자는 동일한 요소의 동위원소입니다.

원소의 축종은 양성자와 중성자의 특정 수를 가지고 있으며 특정 핵 에너지 상태에 있다. 축종에 대한 표기는 Eq1 X가 요소의 기호이고, A는 질량 번호이고, Z는 원자 번호입니다. 또한 핵종에 대한 몇 가지 약기 표기표가 있으며, 그 중 많은 것이 원자 번호를 생략합니다. 예를 들어, Eq2 탄소-14, C-14 또는 14C를작성할 수 있다.

핵종은 일시적인 흥분 상태에 있는 경우에, 이것은 일반적으로 별표로 표시됩니다. 메타스터블 상태라고 불리는 더 오래 수명이 긴 흥분 상태에 있는 경우 질량 수에 ‘m’을 추가하여 표시됩니다. 예를 들어, 동위원소 테크네튬-99는 지상 상태 Eq3 및 메타스터마로 Eq4 존재한다. 주어진 동위원소에 대해 하나 이상의 메타 안정 상태가있는 경우, 그들은 증가 에너지 순서로 번호가 매겨져 있습니다. 예를 들어, 동위원소 탄탈룸-180에는 5개의 핵종이 있습니다: 지상 상태 Eq5 및 메타안정 Eq11 상태, Eq6Eq7   Eq8 .

핵 반응은 핵의 원자 수, 질량 수 또는 핵 에너지 상태의 변화를 통해 발생하는 하나 이상의 핵종의 변형이다. 핵 반응을 설명하기 위해, 우리는 반응에 관련된 핵종과 입자를 식별하는 방정식을 사용합니다. 화학 반응과 마찬가지로, 핵 반응은 질량의 보존을 순종 : 반응의 질량 수의 합계는 제품의 질량 수의 합계와 같습니다.

많은 다른 입자 또는 광자는 핵 반응에 관여할 수 있습니다. 가장 일반적인 알파 입자포함 알파 입자 (α Eq19   또는), 이는 높은 에너지 헬륨-4 핵; 베타 입자 (β), 전자를 포함 (e 또는 β– )및 양전자 (e+ 또는 β+ );감마선 (γ); 중성자 Eq12   (p+ Eq10   또는).

일부 핵종은 무한히 그대로 유지되거나 안정되어 있는 반면, 다른 핵종은 자발적으로 다른 핵종으로 변하거나 불안정합니다. 불안정한 핵종의 자발적인 변화가 방사성 붕괴입니다. 불안정한 핵종은 부모 핵종이라고 하며, 부패로 인한 핵종은 딸 누클리드라고 합니다. 딸 핵종은 안정적일 수도 있거나, 그 자체가 부패할 수도 있다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 21.1: 핵 구조 및 안정성개방, 화학 2e, 섹션 21.2: 핵 방정식에서 채택됩니다.

추가 소스

Iupac. 화학 용어의 보상,2 ed. (“골드 북”). 에이 디 맥너트와 에이 윌킨슨에 의해 컴파일. 블랙웰 과학 간행물, 옥스포드 (1997). 온라인 버전 (2019-) S. J. 초크에 의해 만들어진. https://doi.org/10.1351/goldbook. 액세스 2021-01-10

국제 원자력 기구, 원자력 데이터 섹션. Nuclides의 라이브 차트. https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html. 액세스 2021-01-10