원자 에서 중성자의 숫자가 다른 원소이다.
탄소의 경우 중성자 수가 2~16개 까지 다양하게 있다.
동위원소의 이름은 탄소-12 <- 이렇게 사용한다. (12는 중성자 + 양성자)
각 동위원소별로 다른 특성을 갖는다. 이 중 중요한 것은 반감기와 방사성 동위원소 여부 이다. (서로 다른 질량을 가짐)
중고등학교 수학 중 지수단원에 주로 등장하는 것이 이 반감기 문제이다.
항상 등장하는 것은 "탄소-14의 반감기는 5700년이고 이 물질에서 탄소-14의 농도가 어느 정도 감소했는데 이 물질은 지금으로부터 몇년 전의 것인가?" 라는 문제이다.
실험에 있어 동위원소의 용도는 아래 두 가지가 대표적이다.
실제로 '반감기' 를 이용하여 물질의 연대측정을 한다.
반감기란 말 그대로 해당 물질의 양이 '반' 이 되는 시간을 의미한다. 위의 예시에서 말한 탄소-14의 경우 반감기가 5700년이이기 때문에 실제로 연대측정에 많이 사용된다.
측정 방법은 '탄소-14/탄소-12'의 비율은 항상 일정한데 상대적으로 불안정한 탄소-14가 붕괴되어 예전에 살았던 생물(유기물)의 경우 탄소-14의 농도가 줄어드는 것을 이용하는 것이다.
또 다른 용도는 방사선 동위원소를 이용한 물질추적이다. (박층 크로마토그래피(TLC, Thin Layer Chromatography)를 이용한다.)
(방사선 동위원소에 대한 짧은 글 : 동위원소 중 붕괴할 때 방사선을 방출하는 원소를 방사성 동위원소라 하는데 방출하는 선에 따라 $\alpha, \beta, \gamma$ - ray 라 한다. (퀴리부인이 발견한 것은 '라돈' 에서의 $\alpha$ - ray 이다.))
물질추적은 물질을 섭취했을 때 해당 물질이 어떤 성분으로 변했는지 살펴보는 것이다.
예를 들어 쥐에게 탄소-12를 탄소-14로 치환한 포도당 분자를 투여했을 때 이 물질이 몸 속에서 어떠한 물질로 변했는지 알 수 있다는 것이다. (방사선을 내뿜으니 물질을 찾기 쉽다.) 이후 박층 크로마토그래피를 이용하여 물질을 전개율에 따라 분류한 후 해당 물질을 추적한다.
동위원소에 의해 나타나는 원자량(Atomic Weight)에 대해서는 링크를 참고하길 바란다.
<참고 문헌>