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 동위 원소

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1. 개요
2. 로듐 동위 원소
- 2.1. 안정 동위 원소
- 2.2. 방사성 동위 원소
  - 2.2.1. 핵 스핀과 붕괴 방식
3. 추가 정보

2. 로듐 동위 원소

로듐(원소 기호 Rh, 원자 번호 45)은 자연 상태에서는 오직 하나의 안정 동위 원소인 ¹⁰³Rh만이 100%의 비율로 존재한다. 따라서 로듐의 표준 원자량은 ¹⁰³Rh의 원자량인 102.90550 u이다.

하지만 인공적으로는 질량수 89부터 124에 이르는 다양한 방사성 동위 원소들이 합성되었다. 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. 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. 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. 붕괴 결과로는 주로 루테늄(Ru) 또는 팔라듐(Pd)의 동위 원소가 생성된다. 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.
* ¹⁰¹Rh: 반감기가 약 3.3년이며, 전자 포획을 통해 ¹⁰¹Ru으로 붕괴한다.
* ¹⁰²Rh: 반감기가 약 207일이며, β⁺ 붕괴와 β^- 붕괴를 통해 각각 ¹⁰²Ru과 ¹⁰²Pd으로 변한다.
* ^102mRh: ¹⁰²Rh의 이성질핵으로, 반감기가 약 3.742년으로 더 길다. 주로 β⁺ 붕괴를 통해 ¹⁰²Ru으로 붕괴한다.

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 ¹⁰³Rh으로 돌아간다.

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. 아래 표는 로듐 동위 원소들의 핵 스핀과 주요 붕괴 방식을 보여준다.

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좌우로 밀어서 보기

동위 원소 핵종	핵 스핀	붕괴 방식
⁸⁹Rh	7/2+#	β⁺
⁹⁰Rh	(0+)	β⁺, β⁺, p? (<0.7%)
^90mRh	(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	(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	(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	1/2−	안정
^103mRh	7/2+	IT
¹⁰⁴Rh	1+	β⁻ (99.55%), β⁺ (0.45%)
^104mRh	5+	IT (99.87%), β⁻ (0.13%)
¹⁰⁵Rh	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	(6+)	β⁻
¹¹¹Rh	(7/2+)	β⁻
¹¹²Rh	(1+)	β⁻
^112mRh	(6+)	β⁻
¹¹³Rh	(7/2+)	β⁻
¹¹⁴Rh	1+	β⁻
^114mRh	(7−)	β⁻
¹¹⁵Rh	(7/2+)	β⁻, β⁻, n?
¹¹⁶Rh	1+	β⁻ (>97.9%), β⁻, n? (<2.1%)
^116mRh	(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	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?

3. 추가 정보

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좌우로 밀어서 보기

핵자 수	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성 동위 원소	핵 스핀	자연계에 존재하는 동위 원소 범위 (몰 분율)	자연계에 존재하는 최대 범위 (몰 분율)
핵자 수	들뜬 에너지			반감기	붕괴 방식	붕괴 생성 동위 원소	핵 스핀	자연계에 존재하는 동위 원소 범위 (몰 분율)	자연계에 존재하는 최대 범위 (몰 분율)
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) s			9+#
⁹¹Rh	45	46	90.93655(43)#	1.74(14) s	β⁺	⁹¹Ru	7/2+#
^91mRh				1.46(11) s			(1/2-)
⁹²Rh	45	47	91.93198(43)#	4.3(13) s	β⁺	⁹²Ru	(6+)
^92mRh				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+)
⁹⁴Rh	45	49	93.92170(48)#	70.6(6) s	β⁺, p (1.79%)	⁹³Tc	(2+,4+)
^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)-
^95mRh	543.3(3) keV			1.96(4) min	β⁺ (12%)	⁹⁵Ru	(1/2)-
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+)
^96mRh	52.0(1) keV			1.51(2) min	β⁺ (40%)	⁹⁶Ru	(3+)
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-
^97mRh	258.85(17) keV			46.2(16) min	IT (5.6%)	⁹⁷Rh	1/2-
⁹⁸Rh	45	53	97.910708(13)	8.72(12) min	β⁺	⁹⁸Ru	(2)+
^98mRh	60(50)# keV			3.6(2) min	IT	⁹⁸Rh	(5+)
^98mRh	60(50)# keV			3.6(2) min	β⁺	⁹⁸Ru	(5+)
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+
^99mRh	64.3(4) keV			4.7(1) h	IT (0.16%)	⁹⁹Rh	9/2+
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+)
^100m1Rh	107.6(2) keV			4.6(2) min	β⁺ (1.7%)	¹⁰⁰Ru	(5+)
^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+
^101mRh	157.32(4) keV			4.34(1) d	IT (6.4%)	Rh	9/2+
¹⁰²Rh	45	57	101.906843(5)	207.0(15) d	β⁺ (80%)	¹⁰²Ru	(1-,2-)
¹⁰²Rh	45	57	101.906843(5)	207.0(15) d	β^- (20%)	¹⁰²Pd	(1-,2-)
^102mRh	140.75(8) keV			2.9(10) a	β⁺ (99.77%)	¹⁰²Ru	6+
^102mRh	140.75(8) keV			2.9(10) a	IT (0.23%)	¹⁰²Rh	6+
¹⁰³Rh	45	58	102.905504(3)	안정			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+
¹⁰⁴Rh	45	59	103.906656(3)	42.3(4) s	β⁺ (0.449%)	¹⁰⁴Ru	1+
^104mRh	128.967(4) keV			4.34(3) min			5+
¹⁰⁵Rh	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-
^105mRh	129.781(4) keV			42.9(3) s	β^-	¹⁰⁵Pd	1/2-
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+
¹¹⁴Rh	45	69	113.91881(12)	1.85(5) s	β^-, n (<0.1%)	¹¹³Pd	1+
^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+
¹¹⁶Rh	45	71	115.92406(15)	0.68(6) s	β^-, n (<0.1%)	¹¹⁵Pd	1+
^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]