テクネチウムは放射性元素であり、安定同位体はありません。原子番号 43 で、最も軽い不安定元素です。周期表でそれを取り囲むすべての元素には、少なくとも 1 つの安定同位体があります。テクネチウムが特別な理由は何ですか?簡単に言えば、安定した核を形成するためにテクネチウム原子に入れることができる中性子の数はありません。
原子核は、陽子と中性子で構成されています。元素の識別は陽子の数 (原子番号) によって定義されますが、原子にはさまざまな数の中性子 (さまざまな同位体を形成する) が含まれる場合があります。より軽い元素の場合、最も安定な同位体は通常、同じ数の陽子と中性子を含む原子です。一見すると、陽子と中性子の質量がほぼ同じであるため、これは理にかなっています。ただし、陽子の質量は中性子の質量よりもわずかに大きいため、原子番号が大きい原子では質量差が大きくなります。最も安定な中性子と陽子の比率は、原子が質量を増すにつれて増加し、軽元素の 1:1 比から重い元素の 1.3:1 比に変化します。テクネチウムと次に軽い放射性元素 (プロメチウム) の場合、バランスをとる陽子と中性子の組み合わせはありません。さらにややこしいことに、原子核の質量は実際には陽子と中性子の質量の合計よりも小さくなります。これは、一部の質量が核結合エネルギーに変換されるためです。
奇数と偶数の陽子数
テクネチウム原子には、奇数の陽子である 43 個の陽子が含まれています。原子番号の偶奇性は、原子核の性質に影響を与えます。陽子と中性子の両方を偶数個含む原子 (EE 核種) は、最も安定する傾向があります。陽子と中性子は対になっているため、原子核のスピンは 0 です。陽子の数が偶数で、中性子の数が奇数である原子は、安定しにくくなります。陽子の数が偶数で中性子の数が奇数である53の安定核種があります。陽子の数が奇数で中性子の数が偶数の原子は、さらに安定性が低くなります。このタイプの安定核種は 48 あります。奇数の陽子と奇数の中性子を含む原子は、安定性が最も低くなります。このタイプの安定核種は 5 つしかありません (重水素など)。不対陽子と不対中性子は、それらのスピンが整列している場合、互いにより強い核引力を発揮するため、奇奇原子核は少なくとも 1 の合計スピンを生成します。
マトーチ等圧線の法則
挙動を説明するものではありませんが、Mattauch 等圧則を使用して、テクネチウムとプロメチウムの放射能を予測できます。 1934 年、Josef Mattauch は、周期表で隣接する 2 つの元素に同じ質量数 (等圧線) の同位体がある場合、同位体の 1 つが放射性でなければならないという規則を策定しました。モリブデンとルテニウムはどちらも安定同位体を持っているため、対応するテクネチウムの同位体は不安定でなければなりません。ネオジムとサマリウムはどちらも安定同位体を持っているため、プロメチウムの同位体は不安定でなければなりません。テクネチウムにも当てはまりますが、Mattauch 等圧則には例外があります。たとえば、アンチモン 123 とテルル 123 はどちらも安定しています。ただし、規則は周期表のほとんどに適用して、同位体の安定性に関する予測を行うことができます。
参考文献
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- ジョンストン、エリック V.;イェーツ、メアリー・アン。ポワノー、フレデリック。 Sattelberger、アルフレッド P.; Czerwinski、Kenneth R. (2017 年 2 月 21 日)。テクネチウム:周期表の最初の放射性元素。ジェム。化学。教育 94、3、320-326。 doi:10.1021/acs.jchemed.6b00343
