이 글은 SRI 시험 합격 당시 정리한 수기를 바탕으로 재구성했습니다. 학습 참고용 답안이며, 실제 채점자의 기준과 일치하는지는 확인되지 않았습니다.
1. 문제
옛 학습자료에서 결번원소로 묶은 Tc·Pm·At·Fr를 설명하고, 안정동위원소가 없다는 사실과 자연계에 존재하지 않는다는 주장을 구별하시오.
2. 모범답안
① 해당 원소는 테크네튬 Tc(43), 프로메튬 Pm(61), 아스타틴 At(85), 프랑슘 Fr(87)이다. 알려진 안정동위원소가 없는 방사성 원소들이다.
② 프랑슘의 원자번호는 87이며, 89는 악티늄 Ac이다.
③ 안정동위원소의 유무는 핵의 안정성에 관한 구분이다. 자연에서 생성되는지, 인공적으로 생산하는지와 같은 뜻이 아니다. 예를 들어 Fr은 자연 방사성 붕괴 과정에서도 생성된다.
④ 따라서 이 네 원소를 오늘날 존재하지 않는 원소 또는 오직 인공적으로만 생성되는 원소라고 설명해서는 안 된다.
3. 문제를 풀기 위해 알아야 할 내용
3.1. 원자번호의 빈자리와 핵종의 안정성은 다르다
옛 수기의 결번원소라는 묶음은 학습 맥락을 살려 읽되, 현재 주기율표에 빈 원자번호가 남아 있다는 뜻으로 이해하면 안 된다. 네 원소 모두 이름과 원자번호가 확인되어 있다. 안정동위원소가 없다는 말은 그 원소의 알려진 동위원소가 방사성이라는 뜻이다. 또한 안정동위원소가 없는 원소가 이 네 개뿐인 것도 아니다.
3.2. Fr의 87과 Ac의 89를 구별한다
원소 기호 옆 원자번호는 양성자 수를 뜻한다. Fr을 89로 적으면 원소 자체가 달라진다. NIST 원자자료에서 Fr의 원자번호는 87로 확인된다. 한편 223Fr처럼 기호 앞에 쓰는 질량수 223은 원자번호 87과 다른 수이다. 원자번호와 질량수를 섞어서 외우지 않는다.
출처: NIST, Atomic Data for Francium
3.3. 방사성이라도 자연에서 계속 만들어질 수 있다
짧은 반감기 때문에 오래 남아 있지 못하는 것과 자연에서 전혀 생성되지 않는 것은 다르다. Fr은 다른 방사성 원소의 붕괴로 자연에서 생성되며, 발견도 악티늄의 붕괴 연구와 연결된다. 이 한 사례만으로도 네 원소 모두 오직 인공적으로 생성된다는 일반화는 성립하지 않는다. 답안에서는 핵종의 안정성과 생성 경로를 따로 설명한다.
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