오스뮴 동위 원소

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1. 개요

오스뮴은 자연에서 7개의 안정 동위 원소와 다양한 인공 방사성 동위 원소로 발견된다. 오스뮴 동위 원소는 지구화학 및 환경 과학 연구에 활용되며, 특히 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율을 통해 해양 환경의 변화를 추적하고, 오염원의 영향을 평가하는 데 사용된다. 또한, ¹⁸⁴Os의 알파 붕괴는 방사성 연대 측정에 활용될 수 있다.

오스뮴 동위 원소

동위 원소 정보

원소 기호	Os
원자 번호	76
핵자수	184에서 194 사이

안정 동위 원소

안정 동위 원소	오스뮴-187, 오스뮴-188, 오스뮴-189, 오스뮴-190, 오스뮴-192
관찰상 안정 동위 원소	오스뮴-184, 오스뮴-186

방사성 동위 원소

주요 방사성 동위 원소	오스뮴-185, 오스뮴-191, 오스뮴-193, 오스뮴-194

동위 원소별 정보

오스뮴-184	na: 0.02% 반감기: 1.12×10^13년 붕괴 방식: 알파 붕괴 붕괴 생성물: 텅스텐-180
오스뮴-185	na: 합성 반감기: 92.95일 붕괴 방식: 전자 포획 붕괴 생성물: 레늄-185
오스뮴-186	na: 1.59% 반감기: 2.0×10^15년 붕괴 방식: 알파 붕괴 붕괴 생성물: 텅스텐-182
오스뮴-187	na: 1.96% 반감기: 안정
오스뮴-188	na: 13.24% 반감기: 안정
오스뮴-189	na: 16.15% 반감기: 안정
오스뮴-190	na: 26.26% 반감기: 안정
오스뮴-191	na: 합성 반감기: 14.99일 붕괴 방식: 베타 마이너스 붕괴 붕괴 생성물: 이리듐-191
오스뮴-192	na: 40.78% 반감기: 안정
오스뮴-193	na: 합성 반감기: 29.83시간 붕괴 방식: 베타 마이너스 붕괴 붕괴 생성물: 이리듐-193
오스뮴-194	na: 합성 반감기: 6년 붕괴 방식: 베타 마이너스 붕괴 붕괴 생성물: 이리듐-194

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탄소 동위원소는 양성자 수는 6개로 같지만 중성자 수가 다른 탄소의 여러 형태로, 자연계에는 안정 동위원소인 탄소-12, 탄소-13과 방사성 동위원소인 탄소-14가 존재하며, 각각 원자 질량 단위 기준, 핵자기 공명 분광법, 방사성탄소연대측정법 등에 활용되고 비율 분석은 다양한 학문 분야에서 과거 환경 연구에 사용된다.
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베릴륨 동위 원소는 자연계에 주로 존재하는 안정 동위원소 베릴륨-9와 방사성 동위원소로 구성되며, 베릴륨-7과 베릴륨-10은 우주선에 의해 생성되어 연구에 활용되고, 베릴륨은 안정 동위원소가 하나뿐인 특이한 원소이다.

1. 개요
2. 오스뮴 동위 원소
- 2.1. 안정 동위 원소
- 2.2. 방사성 동위 원소
3. 오스뮴 동위 원소의 활용
4. 오스뮴 동위 원소 표

2. 오스뮴 동위 원소

오스뮴은 자연에서 7개의 동위 원소로 발견되며, 이 외에 다양한 인공 방사성 동위 원소가 존재한다. 오스뮴 동위 원소는 지구화학적 변화를 파악하거나 인위적인 영향을 측정하는 데 사용될 수 있다.

오스뮴-187과 오스뮴-188의 동위원소 비(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os)는 해양 역사 전반에 걸친 지구화학적 변화를 파악하는 데 사용될 수 있다. 해양의 평균 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율은 1.06인데, 이 값은 대륙에서 유래한 강의 유입(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율 ~1.3)과 맨틀/지구 외 유입(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율 ~0.13) 사이의 균형을 나타낸다. ¹⁸⁴Os가 ¹⁸⁰W로 알파 붕괴하는 것에 대한 긴 반감기는 오스뮴이 풍부한 암석 또는 행성 분화에 대한 방사성 연대 측정 방법으로 제안되었다.

2.1. 안정 동위 원소

오스뮴-187(¹⁸⁷Os), 오스뮴-188(¹⁸⁸Os), 오스뮴-189(¹⁸⁹Os), 오스뮴-190(¹⁹⁰Os)는 붕괴하지 않는 안정 동위 원소이다. ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 동위 원소 비율은 지구화학적 변화를 파악하는 데 사용될 수 있다. 해양의 평균 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율은 1.06인데, 이 값은 대륙에서 유래한 강의 유입(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율 ~1.3)과 맨틀/지구 외 유입(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율 ~0.13) 사이의 균형을 나타낸다.

¹⁸⁷Os는 ¹⁸⁷Re의 방사성 붕괴에 의해 생성될 수 있다. 이 붕괴는 지구에서 핵을 뺀 부분인 벌크 규산염 지구의 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율을 33% 증가시켰다. 지각 암석은 Re의 수준이 훨씬 높아 ¹⁸⁷Os로 서서히 분해되어 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율을 증가시킨다. 그러나 맨틀 내에서는 Re과 Os의 불균등한 반응으로 인해 Re이 고갈되어 대륙 물질처럼 ¹⁸⁷Os를 축적할 수 없다. 해양 환경에 두 물질이 유입되어 해양의 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율이 결정되며, 이 비율은 지구 역사상 크게 변동해 왔다. 해양 Os의 동위원소 값의 이러한 변화는 해당 기간에 퇴적되어 암석화된 해양 퇴적물에서 관찰할 수 있다.

해양 퇴적물 Os 동위원소 기록은 K-T 경계의 충돌을 식별하고 입증하는 데 사용되었다. 약 10 km 크기의 소행성 충돌은 당시 해양 퇴적물의 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 지표를 크게 변화시켰다. 평균 지구 외 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os가 약 0.13이고, 이 충돌로 인해 엄청난 양의 Os가 유입되어 전 세계 해양의 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 값이 약 0.45에서 약 0.2로 감소했다.

Os 동위원소 비율은 인위적인 영향의 신호로도 사용될 수 있다. 촉매 변환기와 같은 인위적인 Os의 추가를 측정하는 데 사용될 수 있는데, 촉매 변환기는 Os와 같은 백금족 원소 (PGE)를 환경에 도입하고 있다. 인위적 Os의 다른 공급원으로는 화석 연료 연소, 크롬 광석 제련, 일부 황화물 광석 제련 등이 있다. 자동차 배기 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os는 ~0.2로 기록되었으며, 이는 심하게 고갈된 값이다.

2.2. 방사성 동위 원소

Os^영어-184, Os^영어-186, Os^영어-192는 방사성 붕괴를 할 것으로 예상되지만, 매우 긴 반감기를 가질 것으로 추정된다. Os^영어-184의 예상 반감기는 10¹⁴년에서 10²¹년까지로 추정된다. ¹⁸⁴Os는 알파 붕괴를 통해 ¹⁸⁰W (W^영어)로 붕괴할 것으로 예상된다.

¹⁹¹Os (반감기 15.4일)은 베타 붕괴하여 ¹⁹¹Ir이 된다. ¹⁹³Os (반감기 30.11시간)은 베타 붕괴하여 ¹⁹³Ir이 된다. ¹⁹⁴Os (반감기 6년)은 베타 붕괴하여 ¹⁹⁴Ir이 된다.

그 외에도 다양한 반감기를 가진 인공 방사성 동위 원소들이 존재한다. 다음은 그 목록이다.

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좌우로 밀어서 보기

동위 원소 핵종	반감기	붕괴 방식
¹⁶²Os	1.87(18) ms
¹⁶³Os	5.5(6) ms
¹⁶⁴Os	21(1) ms
¹⁶⁵Os	71(3) ms
¹⁶⁶Os	216(9) ms
¹⁶⁷Os	810(60) ms
¹⁶⁸Os	2.06(6) s
¹⁶⁹Os	3.40(9) s
¹⁷⁰Os	7.46(23) s
¹⁷¹Os	8.3(2) s
¹⁷²Os	19.2(5) s
¹⁷³Os	22.4(9) s
¹⁷⁴Os	44(4) s
¹⁷⁵Os	1.4(1) min
¹⁷⁶Os	3.6(5) min
¹⁷⁷Os	3.0(2) min
¹⁷⁸Os	5.0(4) min
¹⁷⁹Os	6.5(3) min
¹⁸⁰Os	21.5(4) min
¹⁸¹Os	105(3) min
¹⁸²Os	22.10(25) h
¹⁸³Os	13.0(5) h
^183mOs	9.9(3) h
¹⁸⁵Os	93.6(5) d
^190mOs	9.9(1) min
^191mOs	13.10(5) h
^192mOs	5.9(1) s
¹⁹³Os	30.11(1) h	베타 붕괴
¹⁹⁴Os	6.0(2) a	베타 붕괴
¹⁹⁵Os	6.5 min
¹⁹⁶Os	34.9(2) min
¹⁹⁷Os	2.8(6) min

3. 오스뮴 동위 원소의 활용

Osmium^영어 동위 원소 비율(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os)은 지구 역사 전반의 지구화학적 변화를 추적하는 데 사용된다. 해양의 평균 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율은 1.06인데, 이 값은 대륙에서 유래한 강의 유입(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율 ~1.3)과 맨틀/지구 외 유입(¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율 ~0.13) 사이의 균형을 나타낸다. ¹⁸⁷Os는 ¹⁸⁷Re의 방사성 붕괴에 의해 생성될 수 있다. 이 붕괴는 벌크 규산염 지구(지구에서 핵을 뺀 부분)의 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율을 33% 증가시켰다. 해양 환경에 유입된 물질에 의해 해양의 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os는 지구 역사상 크게 변동해 왔으며, 해양 Os의 동위원소 값의 이러한 변화는 해당 기간에 퇴적되어 암석화된 해양 퇴적물에서 관찰할 수 있다. 이를 통해 연구자들은 풍화 플럭스를 추정하고, 홍수 현무암 화산 활동을 식별하며, 대량 멸종의 원인이 되었을 수 있는 충돌 사건을 확인할 수 있다. 예를 들어, 해양 퇴적물 Os 동위원소 기록은 K-T 경계의 충돌을 식별하고 입증하는 데 사용되었다. 약 10km 크기의 소행성 충돌은 당시 해양 퇴적물의 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 지표를 대대적으로 변화시켰다. 평균 지구 외 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os가 약 0.13이고, 이 충돌로 인해 엄청난 양의 Os가 유입되어 전 세계 해양의 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 값이 약 0.45에서 약 0.2로 감소했다.

Os 동위원소 비율은 인위적인 영향의 신호로도 사용될 수 있다. 지질학적 환경에서 흔히 볼 수 있는 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os 비율은 촉매 변환기와 같은 인위적인 Os의 추가를 측정하는 데 사용될 수 있다. 촉매 변환기는 NO_x 및 CO의 배출을 크게 줄이는 것으로 나타났지만, Os와 같은 백금족 원소(PGE)를 환경에 도입하고 있다. 인위적 Os의 다른 공급원으로는 화석 연료 연소, 크롬 광석 제련, 일부 황화물 광석 제련 등이 있다. 자동차 배기 ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os는 ~0.2로 기록되었으며, 이는 심하게 고갈된 값이다. 이러한 영향 증가는 인위적 공기 중 Os이 강수량에 유입되기 때문인 것으로 생각된다.

¹⁸⁴Os가 ¹⁸⁰W로 알파 붕괴하는 것에 대한 긴 반감기는 오스뮴이 풍부한 암석 또는 행성 분화에 대한 방사성 연대 측정 방법으로 제안되었다.

4. 오스뮴 동위 원소 표

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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)
들뜬 에너지
¹⁶²Os	76	86	161.98443(54)#	1.87(18) ms	α	¹⁵⁸W	0+
¹⁶³Os	76	87	162.98269(43)#	5.5(6) ms	α	¹⁵⁹W	7/2-#
					β⁺, p (드묾)	¹⁶²W
					β⁺ (드묾)	¹⁶³Re
¹⁶⁴Os	76	88	163.97804(22)	21(1) ms	α (98%)	¹⁶⁰W	0+
¹⁶⁴Os	76	88	163.97804(22)	21(1) ms	β⁺ (2%)	¹⁶⁴Re	0+
¹⁶⁵Os	76	89	164.97676(22)#	71(3) ms	α (60%)	¹⁶¹W	(7/2-)
¹⁶⁵Os	76	89	164.97676(22)#	71(3) ms	β⁺ (40%)	¹⁶⁵Re	(7/2-)
¹⁶⁶Os	76	90	165.972691(20)	216(9) ms	α (72%)	¹⁶²W	0+
¹⁶⁶Os	76	90	165.972691(20)	216(9) ms	β⁺ (28%)	¹⁶⁶Re	0+
¹⁶⁷Os	76	91	166.97155(8)	810(60) ms	α (67%)	¹⁶³W	3/2-#
¹⁶⁷Os	76	91	166.97155(8)	810(60) ms	β⁺ (33%)	¹⁶⁷Re	3/2-#
¹⁶⁸Os	76	92	167.967804(13)	2.06(6) s	β⁺ (51%)	¹⁶⁸Re	0+
¹⁶⁸Os	76	92	167.967804(13)	2.06(6) s	α (49%)	¹⁶⁴W	0+
¹⁶⁹Os	76	93	168.967019(27)	3.40(9) s	β⁺ (89%)	¹⁶⁹Re	3/2-#
¹⁶⁹Os	76	93	168.967019(27)	3.40(9) s	α (11%)	¹⁶⁵W	3/2-#
¹⁷⁰Os	76	94	169.963577(12)	7.46(23) s	β⁺ (91.4%)	¹⁷⁰Re	0+
¹⁷⁰Os	76	94	169.963577(12)	7.46(23) s	α (8.6%)	¹⁷⁶W	0+
¹⁷¹Os	76	95	170.963185(20)	8.3(2) s	β⁺ (98.3%)	¹⁷¹Re	(5/2-)
¹⁷¹Os	76	95	170.963185(20)	8.3(2) s	α (1.7%)	¹⁶⁷W	(5/2-)
¹⁷²Os	76	96	171.960023(16)	19.2(5) s	β⁺ (98.9%)	¹⁷²Re	0+
¹⁷²Os	76	96	171.960023(16)	19.2(5) s	α (1.1%)	¹⁶⁸W	0+
¹⁷³Os	76	97	172.959808(16)	22.4(9) s	β⁺ (99.6%)	¹⁷³Re	(5/2-)
¹⁷³Os	76	97	172.959808(16)	22.4(9) s	α (0.4%)	¹⁶⁹W	(5/2-)
¹⁷⁴Os	76	98	173.957062(12)	44(4) s	β⁺ (99.97%)	¹⁷⁴Re	0+
¹⁷⁴Os	76	98	173.957062(12)	44(4) s	α (0.024%)	¹⁷⁰W	0+
¹⁷⁵Os	76	99	174.956946(15)	1.4(1) min	β⁺	¹⁷⁵Re	(5/2-)
¹⁷⁶Os	76	100	175.95481(3)	3.6(5) min	β⁺	¹⁷⁶Re	0+
¹⁷⁷Os	76	101	176.954965(17)	3.0(2) min	β⁺	¹⁷⁷Re	1/2-
¹⁷⁸Os	76	102	177.953251(18)	5.0(4) min	β⁺	¹⁷⁸Re	0+
¹⁷⁹Os	76	103	178.953816(19)	6.5(3) min	β⁺	¹⁷⁹Re	(1/2-)
¹⁸⁰Os	76	104	179.952379(22)	21.5(4) min	β⁺	¹⁸⁰Re	0+
¹⁸¹Os	76	105	180.95324(3)	105(3) min	β⁺	¹⁸¹Re	1/2-
^181m1Os	48.9(2) keV			2.7(1) min	β⁺	¹⁸¹Re	(7/2)-
^181m2Os	156.5(7) keV			316(18) ns			(9/2)+
¹⁸²Os	76	106	181.952110(23)	22.10(25) h	ε	¹⁸²Re	0+
¹⁸³Os	76	107	182.95313(5)	13.0(5) h	β⁺	¹⁸³Re	9/2+
^183mOs	colspan="3" \| 170.71(5) keV	9.9(3) h	β⁺ (85%)	¹⁸³Re	1/2-
^183mOs	colspan="3" \| 170.71(5) keV	9.9(3) h	IT (15%)	¹⁸³Os	1/2-
¹⁸⁴Os	76	108	183.9524891(14)	관찰 안정			0+	2(1)×10⁻⁴
¹⁸⁵Os	76	109	184.9540423(14)	93.6(5) d	ε	¹⁸⁵Re	1/2-
^185m1Os	102.3(7) keV			3.0(4) µs			(7/2-)#
^185m2Os	275.7(8) keV			0.78(5) µs			(11/2+)
¹⁸⁶Os	76	110	185.9538382(15)	2.0(11)×10¹⁵ a	α	¹⁸²W	0+	0.0159(3)
¹⁸⁷Os	76	111	186.9557505(15)	안정			1/2-	0.0196(2)
¹⁸⁸Os	76	112	187.9558382(15)	안정			0+	0.1324(8)
¹⁸⁹Os	76	113	188.9581475(16)	안정			3/2-	0.1615(5)
^189mOs	30.812(15) keV			5.81(6) h	IT	¹⁸⁹Os	9/2-
¹⁹⁰Os	76	114	189.9584470(16)	안정			0+	0.2626(2)
^190mOs	1705.4(2) keV			9.9(1) min	IT	¹⁹⁰Os	(10)-
¹⁹¹Os	76	115	190.9609297(16)	15.4(1) d	β^-	¹⁹¹Ir	9/2-
^191mOs	74.382(3) keV			13.10(5) h	IT	¹⁹¹Os	3/2-
¹⁹²Os	76	116	191.9614807(27)	관찰 안정			0+	0.4078(19)
^192mOs	colspan="3" \| 2015.40(11) keV	5.9(1) s	IT (87%)	¹⁹²Os	(10-)
^192mOs	colspan="3" \| 2015.40(11) keV	5.9(1) s	β^- (13%)	¹⁹²Ir	(10-)
¹⁹³Os	76	117	192.9641516(27)	30.11(1) h	β^-	¹⁹³Ir	3/2-
¹⁹⁴Os	76	118	193.9651821(28)	6.0(2) a	β^-	¹⁹⁴Ir	0+
¹⁹⁵Os	76	119	194.96813(54)	6.5 min	β^-	¹⁹⁵Ir	3/2-#
¹⁹⁶Os	76	120	195.96964(4)	34.9(2) min	β^-	¹⁹⁶Ir	0+
¹⁹⁷Os	76	121		2.8(6) min