로듐 동위 원소
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1. 개요
로듐의 동위 원소는 총 34개가 알려져 있으며, 이 중 자연적으로 존재하는 것은 안정 동위 원소인 103Rh 하나뿐이다. 로듐 동위 원소들은 핵 스핀 값을 가지며, 주로 베타 붕괴를 통해 붕괴한다.
로듐(원소 기호 Rh, 원자 번호 45)은 자연 상태에서는 오직 하나의 안정 동위 원소인 103Rh만이 100%의 비율로 존재한다.[7][8] 따라서 로듐의 표준 원자량은 103Rh의 원자량인 102.90550 u이다.
2. 로듐 동위 원소
하지만 인공적으로는 질량수 89부터 124에 이르는 다양한 방사성 동위 원소들이 합성되었다.[4][5][6] 이 방사성 동위 원소들은 모두 불안정하여 각기 다른 반감기를 가지고 방사성 붕괴를 통해 다른 원소로 변환된다. 이들 중 반감기가 몇 년에 달하는 비교적 안정한 것도 있지만, 대부분은 반감기가 매우 짧다.
로듐의 각 동위 원소에 대한 자세한 정보는 아래 하위 섹션들에서 다룬다.
2. 1. 안정 동위 원소
자연계에 존재하는 로듐의 동위 원소는 103Rh이 유일하며, 그 존재 비율은 100%이다.[7][8] 따라서 103Rh은 안정 동위 원소이다. 핵 스핀 값은 1/2-이다.
2. 2. 방사성 동위 원소
로듐은 자연 상태에서 안정한 동위 원소인 103Rh만이 100% 비율로 존재한다.[7] 하지만 인공적으로는 다양한 질량수를 가진 방사성 동위 원소들이 합성되었다. 현재까지 알려진 로듐의 방사성 동위 원소는 질량수 89의 89Rh부터 124의 124Rh까지 다양하다.
이들 방사성 동위 원소는 모두 불안정하여 방사성 붕괴를 통해 다른 원소의 동위 원소로 변환된다. 주요 붕괴 방식으로는 베타 붕괴(β+ 또는 β-)와 전자 포획(ε)이 있으며, 일부는 양성자 방출(p), 중성자 방출(n), 또는 이성질핵 전이(IT)를 통해 붕괴하기도 한다.[4][5] 붕괴 결과로는 주로 루테늄(Ru) 또는 팔라듐(Pd)의 동위 원소가 생성된다.[6] 예를 들어, 99Rh는 β+ 붕괴를 통해 99Ru으로 변하고, 105Rh는 β- 붕괴를 통해 105Pd으로 변한다.
대부분의 로듐 방사성 동위 원소는 반감기가 매우 짧아 수 초 또는 수 분 이내에 붕괴한다. 예를 들어, 90Rh의 반감기는 약 15밀리초(ms)에 불과하며, 117Rh는 약 0.44초의 반감기를 가진다.
하지만 일부 동위 원소는 상대적으로 긴 반감기를 가지고 있다.
여러 로듐 동위 원소들은 하나 이상의 이성질핵(isomer, 핵종 기호 뒤에 'm'을 붙여 표시) 상태를 가진다. 이성질핵은 원자핵이 바닥 상태보다 높은 에너지를 가지는 준안정 상태이다. 이들은 감마선을 방출하며 더 안정한 상태로 전이하거나(이성질핵 전이, IT), 직접 다른 방식으로 붕괴한다. 예를 들어, 안정한 103Rh도 103mRh이라는 이성질핵 상태를 가지며, 이는 약 56분의 반감기를 가지고 이성질핵 전이를 통해 바닥 상태의 '''103Rh'''으로 돌아간다.[7]
2. 2. 1. 핵 스핀과 붕괴 방식
각 동위 원소는 고유한 핵 스핀 값을 가지며, 이는 원자핵의 각운동량을 나타낸다. 로듐 동위 원소들의 붕괴 방식은 주로 베타 붕괴(β+ 또는 β-) 또는 전자 포획(ε)이다. 일부 동위 원소는 양성자 방출(p), 중성자 방출(n), 또는 이성질핵 전이(IT)와 같은 다른 방식으로 붕괴하기도 한다.[4][5] 아래 표는 로듐 동위 원소들의 핵 스핀과 주요 붕괴 방식을 보여준다.
| 동위 원소 핵종 | 핵 스핀 | 붕괴 방식[4][5] |
|---|---|---|
| 89Rh | 7/2+# | β+ |
| 90Rh | (0+) | β+, β+, p? (<0.7%) |
| 90mRh[2] | (7+) | β+ (90.4%), β+, p (9.6%) |
| 91Rh | (9/2+) | β+ (98.7%), β+, p (1.3%) |
| 91mRh | 1/2−# | β+?, β+, p?, IT? |
| 92Rh | (6+) | β+ (97.95%), β+, p (2.05%) |
| 92m1Rh | (2+) | β+ (98.3%), β+, p (1.7%) |
| 92m2Rh | (4+) | IT |
| 93Rh | 9/2+# | β+ |
| 94Rh | (4+) | β+ (98.2%), β+, p (1.8%) |
| 94m1Rh | (2+) | IT |
| 94m2Rh[2] | (8+) | β+ |
| 95Rh | (9/2)+ | β+ |
| 95mRh | (1/2)− | IT (88%), β+ (12%) |
| 96Rh | 6+ | β+ |
| 96mRh | 3+ | IT (60%), β+ (40%) |
| 97Rh | 9/2+ | β+ |
| 97mRh | 1/2− | β+ (94.4%), IT (5.6%) |
| 98Rh | (2)+ | β+ |
| 98mRh[2] | (5+) | IT (89%), β+ (11%) |
| 99Rh | 1/2− | β+ |
| 99mRh | 9/2+ | β+, IT? |
| 100Rh | 1− | EC (95.1%), β+ (4.9%) |
| 100m1Rh | (2)+ | IT |
| 100m2Rh | (5+) | IT (98.3%), β+ (1.7%) |
| 100m3Rh | (7+) | IT |
| 101Rh | 1/2− | EC |
| 101mRh | 9/2+ | EC (92.80%), IT (7.20%) |
| 102Rh | 2− | β+ (78%), β− (22%) |
| 102mRh | 6+ | β+ (99.77%), IT (0.233%) |
| 103Rh[3] | 1/2− | 안정[8] |
| 103mRh | 7/2+ | IT |
| 104Rh | 1+ | β− (99.55%), β+ (0.45%) |
| 104mRh | 5+ | IT (99.87%), β− (0.13%) |
| 105Rh[3] | 7/2+ | β− |
| 105mRh | 1/2− | IT |
| 106Rh | 1+ | β− |
| 106mRh | (6)+ | β− |
| 107Rh | 7/2+ | β− |
| 107mRh | 1/2− | IT |
| 108Rh | 1+ | β− |
| 108mRh | (5+) | β− |
| 109Rh | 7/2+ | β− |
| 109mRh | 3/2+ | IT |
| 110Rh | (1+) | β− |
| 110mRh[2] | (6+) | β− |
| 111Rh | (7/2+) | β− |
| 112Rh | (1+) | β− |
| 112mRh | (6+) | β− |
| 113Rh | (7/2+) | β− |
| 114Rh | 1+ | β− |
| 114mRh[2] | (7−) | β− |
| 115Rh | (7/2+) | β−, β−, n? |
| 116Rh | 1+ | β− (>97.9%), β−, n? (<2.1%) |
| 116mRh[2] | (6−) | β− (>97.9%), β−, n? (<2.1%) |
| 117Rh | 7/2+# | β−, β−, n? (<7.6%) |
| 117mRh | 3/2+# | IT |
| 118Rh | 1+# | β− (96.9%), β−, n (3.1%) |
| 118mRh[2] | 6−# | β− (96.9%), β−, n (3.1%), IT? |
| 119Rh | 7/2+# | β− (93.6%), β−, n (6.4%) |
| 120Rh | 8−# | β−, β−, n (<9.3%), β−, 2n? |
| 120mRh | 6# | IT |
| 121Rh | 7/2+# | β−, β−, n (>11%) |
| 122Rh | 7−# | β−, β−, n (<3.9%), β−, 2n? |
| 122mRh | 4+# | IT |
| 123Rh | 7/2+# | β−, β−, n (>24%), β−, 2n? |
| 124Rh | 2+# | β−, β−, n (<31%), β−, 2n? |
수
3. 추가 정보
Z(p) N(n)
동위 원소 질량 (u)
반감기 붕괴
방식[4][5]붕괴 생성
동위 원소[6]핵
스핀자연계에 존재하는
동위 원소
범위
(몰 분율)자연계에 존재하는
최대 범위
(몰 분율)들뜬 에너지 89Rh 45 44 88.94884(48)# 10# ms
[>1.5 µs]β+ 89Ru 7/2+# 90Rh 45 45 89.94287(54)# 15(7) ms
[12(+9-4) ms]β+ 90Ru 0+# 90mRh 0(500)# keV 1.1(3) s
[1.0(+3-2) s9+# 91Rh 45 46 90.93655(43)# 1.74(14) s β+ 91Ru 7/2+# 91mRh colspan="3" style="text-indent:2em" | 1.46(11) s (1/2-) 92Rh 45 47 91.93198(43)# 4.3(13) s β+ 92Ru (6+) 92mRh colspan="3" style="text-indent:2em" | 4.66(25) s
[2.9(+15-8) s](≥6+) 93Rh 45 48 92.92574(43)# 11.9(7) s β+ 93Ru 9/2+# 94Rh 45 49 93.92170(48)# 70.6(6) s β+ (98.2%) 94Ru (2+,4+) rowspan=2| rowspan=2| β+, p (1.79%) 93Tc 94mRh 300(200)# keV 25.8(2) s β+ 94Ru (8+) 95Rh 45 50 94.91590(16) 5.02(10) min β+ 95Ru (9/2)+ 95mRh 543.3(3) keV 1.96(4) min IT (88%) 95Rh (1/2)- rowspan=2| rowspan=2| β+ (12%) 95Ru 96Rh 45 51 95.914461(14) 9.90(10) min β+ 96Ru (6+) 96mRh 52.0(1) keV 1.51(2) min IT (60%) 96Rh (3+) rowspan=2| rowspan=2| β+ (40%) 96Ru 97Rh 45 52 96.91134(4) 30.7(6) min β+ 97Ru 9/2+ 97mRh 258.85(17) keV 46.2(16) min β+ (94.4%) 97Ru 1/2- rowspan=2| rowspan=2| IT (5.6%) 97Rh 98Rh 45 53 97.910708(13) 8.72(12) min β+ 98Ru (2)+ 98mRh 60(50)# keV 3.6(2) min IT 98Rh (5+) rowspan=2| rowspan=2| β+ 98Ru 99Rh 45 54 98.908132(8) 16.1(2) d β+ 99Ru 1/2- 99mRh 64.3(4) keV 4.7(1) h β+ (99.83%) 99Ru 9/2+ rowspan=2| rowspan=2| IT (0.16%) 99Rh 100Rh 45 55 99.908122(20) 20.8(1) h β+ 100Ru 1- 100m1Rh 107.6(2) keV 4.6(2) min IT (98.3%) 100Rh (5+) rowspan=2| rowspan=2| β+ (1.7%) 100Ru 100m2Rh 74.78(2) keV 214.0(20) ns (2)+ 100m3Rh 112.0+X keV 130(10) ns (7+) 101Rh 45 56 100.906164(18) 3.3(3) a ε 101Ru 1/2- 101mRh 157.32(4) keV 4.34(1) d ε (93.6%) 101Ru 9/2+ rowspan=2| rowspan=2| IT (6.4%) Rh 102Rh 45 57 101.906843(5) 207.0(15) d β+ (80%) 102Ru (1-,2-) rowspan=2| rowspan=2| β- (20%) 102Pd 102mRh 140.75(8) keV 2.9(10) a β+ (99.77%) 102Ru 6+ rowspan=2| rowspan=2| IT (0.23%) 102Rh 103Rh[7] 45 58 102.905504(3) 안정[8] 1/2- 1.0000 103mRh 39.756(6) keV 56.114(9) min IT 103Rh 7/2+ 104Rh 45 59 103.906656(3) 42.3(4) s β- (99.55%) 104Pd 1+ rowspan=2| rowspan=2| β+ (0.449%) 104Ru 104mRh 128.967(4) keV 4.34(3) min 5+ 105Rh[7] 45 60 104.905694(4) 35.36(6) h β- 105Pd 7/2+ 105mRh 129.781(4) keV 42.9(3) s IT 105Rh 1/2- rowspan=2| rowspan=2| β- 105Pd 106Rh 45 61 105.907287(8) 29.80(8) s β- 106Pd 1+ 106mRh 136(12) keV 131(2) min β- 106Pd (6)+ 107Rh 45 62 106.906748(13) 21.7(4) min β- 107Pd 7/2+ 107mRh 268.36(4) keV >10 µs 1/2- 108Rh 45 63 107.90873(11) 16.8(5) s β- 108Pd 1+ 108mRh -60(110) keV 6.0(3) min β- 108Pd (5)(+#) 109Rh 45 64 108.908737(13) 80(2) s β- 109Pd 7/2+ 110Rh 45 65 109.91114(5) 28.5(15) s β- 110Pd (>3)(+#) 110mRh -60(50) keV 3.2(2) s β- 110Pd 1+ 111Rh 45 66 110.91159(3) 11(1) s β- 111Pd (7/2+) 112Rh 45 67 111.91439(6) 3.45(37) s β- 112Pd 1+ 112mRh 330(70) keV 6.73(15) s β- 112Pd (4,5,6) 113Rh 45 68 112.91553(5) 2.80(12) s β- 113Pd (7/2+) 114Rh 45 69 113.91881(12) 1.85(5) s β- (>99.9%) 114Pd 1+ rowspan=2| rowspan=2| β-, n (<0.1%) 113Pd 114mRh 200(150)# keV 1.85(5) s β- 114Pd (4,5) 115Rh 45 70 114.92033(9) 0.99(5) s β- 115Pd (7/2+)# 116Rh 45 71 115.92406(15) 0.68(6) s β- (>99.9%) 116Pd 1+ rowspan=2| rowspan=2| β-, n (<0.1%) 115Pd 116mRh 200(150)# keV 570(50) ms β- 116Pd (6-) 117Rh 45 72 116.92598(54)# 0.44(4) s β- 117Pd (7/2+)# 118Rh 45 73 117.93007(54)# 310(30) ms β- 118Pd (4-10)(+#) 119Rh 45 74 118.93211(64)# 300# ms
[>300 ns]β- 119Pd 7/2+# 120Rh 45 75 119.93641(64)# 200# ms
[>300 ns]β- 120Pd 121Rh 45 76 120.93872(97)# 100# ms
[>300 ns]β- 121Pd 7/2+# 122Rh 45 77 121.94321(75)# 50# ms
[>300 ns]