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자연 존재비

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목차

1. 개요

자연 존재비는 특정 원소의 각 동위원소가 자연적으로 존재하는 상대적 비율을 의미한다. 초기 태양계는 동위원소 조성이 균일했지만, 질량 분별, 핵 붕괴, 초신성 폭발로 인한 단명 동위원소 주입 등으로 인해 지구상의 자연 존재비는 1000분의 1 단위로 편차가 발생한다. 운석에서 발견되는 태양 전 입자는 별 응축물로서, 자연 존재비와 100배의 차이를 보이기도 한다. 주요 원소의 자연 동위원소 존재비는 표로 제시되며, 단일 동위원소로만 존재하는 원소는 자연 존재비가 100%이다.

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자연 존재비
개요
정의어떤 원소가 자연 상태에서 특정 동위 원소로 존재하는 비율을 나타내는 값
설명지구상에서 발견되는 동위 원소의 상대적인 존재 비율을 의미
원자 질량과 함께 원소의 특성을 나타내는 중요한 지표
특징
안정성자연 존재비가 높은 동위 원소는 일반적으로 안정적인 핵구조를 가짐
활용탄소 연대 측정
지질학
고고학 등 다양한 분야에서 활용
요인
핵반응별 내부에서의 핵반응 과정에서 동위 원소의 생성 및 소멸에 영향
질량 차이동위 원소 간의 질량 차이가 화학적 반응 속도에 미세한 차이를 유발
방사성 붕괴불안정한 동위 원소는 방사성 붕괴를 통해 다른 원소로 변환
참고 사항
측정 방법질량 분석법을 이용하여 정확하게 측정
변동성특정 원소의 자연 존재비는 지역이나 환경에 따라 약간의 차이를 보일 수 있음

2. 자연 존재비로부터의 편차

태양과 원시 운석 연구에 따르면, 태양계 초기에는 동위원소 조성이 거의 균일했던 것으로 추정된다. 지구상에서 관측되는 자연 존재비로부터의 편차는 일반적으로 질량 분별, 핵 붕괴 및 변환 과정으로 설명된다.[2] 원시 운석에서 발견되는 태양 전 입자는 예외적인 경우로, 별의 유출물에서 응축되어 핵합성 과정의 특징을 반영하므로 자연 존재비와 큰 차이를 보인다.[4][5]

2. 1. 태양계 동위원소 조성의 균질성과 편차

태양과 원시 운석 연구를 통해 초기 태양계는 동위원소 조성이 거의 균일했다는 것이 밝혀졌다. 태양의 핵 연소가 시작될 무렵 국지적으로 샘플링된 (진화하는) 은하 평균으로부터의 편차는 일반적으로 질량 분별(질량 독립 분별 관련 문서 참조)과 소수의 핵 붕괴 및 변환 과정으로 설명할 수 있다.[2] 또한 태양 성운 붕괴를 유발했을 수 있는 인근 초신성 폭발에서 유래된 단명(현재는 소멸된) 동위원소가 주입되었다는 증거도 있다.[3] 따라서 지구상의 자연 존재비로부터의 편차는 종종 1000분의 1(퍼밀 또는 ‰) 단위로 측정되는데, 이는 1% 미만이기 때문이다.

이와 다른 예외는 원시 운석에서 발견되는 태양 전 입자이다. 이러한 작은 입자는 진화된("죽어가는") 별의 유출물에서 응축되어 성간 매질과 태양 강착 원반(태양 성운 또는 원시 행성 원반이라고도 함)에서의 혼합 및 균질화 과정을 벗어났다.[5] 별 응축물("별 먼지")로서, 이러한 입자는 그들의 원소가 만들어진 특정 핵합성 과정의 동위원소 특징을 가지고 있다.[4] 이 물질에서 "자연 존재비"로부터의 편차는 때때로 100배의 인자로 측정된다.[5]

2. 2. 태양 전 입자와 동위원소 특이성

원시 운석에서 발견되는 태양 전 입자는 진화된("죽어가는") 별의 유출물에서 응축되어 성간 매질과 태양 강착 원반(태양 성운 또는 원시 행성 원반이라고도 함)에서의 혼합 및 균질화 과정을 거치지 않았다.[5] 별 응축물("별 먼지")로서, 이러한 입자는 그들의 원소가 만들어진 특정 핵합성 과정의 동위원소 특징을 가지고 있다.[4] 이 물질에서 "자연 존재비"로부터의 편차는 때때로 100배로 측정된다.[5]

3. 주요 원소의 자연 동위원소 존재비

주요 원소들은 지구상에서 특정한 동위 원소 조성비를 가지며, 이는 원자 질량의 기준이 된다.[6][9] 인이나 플루오린과 같이 몇몇 원소는 자연 상태에서 단일 동위 원소만 존재하며, 이 경우 자연 존재비는 100%이다.

3. 1. 주요 원소의 동위원소 표 (지구)

주요 원소의 지구상 자연 동위 원소 존재비[6][9]
동위 원소자연 존재비(%)원자 질량
1H99.9851.007825
2H0.0152.0140
12C98.8912 (기준)
13C1.1113.00335
14N99.6414.00307
15N0.3615.00011
16O99.7615.99491
17O0.0416.99913
18O0.217.99916
28Si92.2327.97693
29Si4.6728.97649
30Si3.1029.97376
32S95.031.97207
33S0.7632.97146
34S4.2233.96786
35Cl75.7734.96885
37Cl24.2336.96590
79Br50.6978.9183
81Br49.3180.9163


참조

[1] 웹사이트 Uranium Isotopes https://www.globalse[...] 2012-03-14
[2] 논문 Isotopic anomalies in the early solar system 1978
[3] 논문 An isotopic view of the early solar system https://www.science.[...] 2003
[4] 논문 Stellar nucleosynthesis and the isotopic composition of presolar grains from primitive meteorites 1998
[5] 논문 Interstellar Grains in Primitive Meteorites: Diamond, Silicon Carbide, and Graphite https://onlinelibrar[...]
[6] 서적 CRC Handbook of Chemistry and Physics CRC Press 2002
[7] 웹사이트 天然存在比 - ATOMICA - https://atomica.jaea[...] 2023-01-19
[8] 웹사이트 Uranium Isotopes https://www.globalse[...] 2012-03-14
[9] 서적 CRC Handbook of Chemistry and Physics CRC Press 2002


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