아르곤은 원자량 30~53 사이에 24가지의 동위 원소와 1가지의 이성질핵(32mAr)이 발견되어 있다. 이들 중 안정 동위 원소는 36Ar, 38Ar, 40Ar이다. 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 것은 39Ar로 반감기는 약 269년이며, 그 다음은 42Ar(반감기 32.9년), 37Ar(반감기 35.04일)이다. 이밖의 동위 원소는 모두 반감기가 2시간 이하이며, 대부분은 1분 이하이다. 가장 불안정한 동위 원소는 30Ar로 반감기는 20나노초 미만이다.
아르곤의 표준 원자량은 39.948(1) u이다.
아르곤-39
방사성 동위 원소인 39Ar(반감기 269년)는 주로 40Ar이 우주선과 상호작용하여 생성된다. 지표면에서는 39K의 중성자 포획이나 칼슘의 알파 붕괴를 통해 생성되기도 한다. 이러한 방식으로 생성된 아르곤의 비율은 약 (8.0±0.6)×10−16 정도이다.[1]
아르곤-40
자연에 존재하는 40K은 1.248 억년의 반감기를 거쳐 10.72% 확률로 전자 포획과 양전자 방출을 통해 40Ar으로 붕괴하거나 89.28% 확률로 베타 붕괴하여 40Ca으로 붕괴한다. 칼륨-아르곤 연대 측정법은 이러한 비율을 활용하여 암석의 연대를 측정하는 방법이다.[2] 또, 지구 대기에 있는 아르곤의 대부분은 40Ar인데, 이 또한 40K의 붕괴 산물이다. 그러나 태양 및 목성형 행성에서는 아르곤 동위 원소의 비율이 크게 차이가 난다.[3]
아르곤-39 및 아르곤-40을 이용한 암석의 연대측정
아르곤-아르곤 연대 측정 또는 40Ar/39Ar 연대측정은 아르곤 동위원소를 이용하여 암석의 연대를 측정하는 방법으로 기존에 이용되었던 칼륨-아르곤 연대 측정법이 가지고 있는 여러 가지 약점들을 보완할 수 있으며 시료의 불균질성 문제를 해결할 수 있고 과잉 또는 손실 Ar에 관한 정보를 제공해 줄 수 있는 등 K-Ar 연대측정에 비해 많은 장점을 지니고 있다.[4]
표
| 핵종 기호 |
Z(p) | N(n) | 동위 원소 질량 (u) |
반감기 | 붕괴 방식[5] |
붕괴 생성물[n 1] |
핵 스핀 |
전형적 동위 원소 구성비 (몰 분율)[n 2] |
자연적 구성비 변동 범위 (몰 분율) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 들뜬 에너지 | |||||||||
| 30Ar | 18 | 12 | 30.02156(32)# | <20 ns | p | 29Cl | 0+ | ||
| 31Ar | 18 | 13 | 31.01212(22)# | 14.4(6) ms | β+, p (55.0%) | 30S | 5/2(+#) | ||
| β+ (40.4%) | 31Cl | ||||||||
| β+, 2p (2.48%) | 29P | ||||||||
| β+, 3p (2.1%) | 28Si | ||||||||
| 32Ar | 18 | 14 | 31.9976380(19) | 98(2) ms | β+ (56.99%) | 32Cl | 0+ | ||
| β+, p (43.01%) | 31S | ||||||||
| 32mAr | 5600(100)# keV | unknown | 5-# | ||||||
| 33Ar | 18 | 15 | 32.9899257(5) | 173.0(20) ms | β+ (61.35%) | 33Cl | 1/2+ | ||
| β+, p (38.65%) | 32S | ||||||||
| 34Ar | 18 | 16 | 33.9802712(4) | 844.5(34) ms | β+ | 34Cl | 0+ | ||
| 35Ar | 18 | 17 | 34.9752576(8) | 1.775(4) s | β+ | 35Cl | 3/2+ | ||
| 36Ar | 18 | 18 | 35.967545106(29) | 관찰상 안정[n 3] | 0+ | 0.003336(4) | |||
| 37Ar | 18 | 19 | 36.96677632(22) | 35.04(4) d | ε | 37Cl | 3/2+ | ||
| 38Ar | 18 | 20 | 37.9627324(4) | 안정 | 0+ | 6.29(1)×10−4 | |||
| 39Ar[n 4] | 18 | 21 | 38.964313(5) | 269(3) a | β− | 39K | 7/2- | 미량 | |
| 40Ar[n 5] | 18 | 22 | 39.9623831225(29) | 안정 | 0+ | 0.996035(4)[n 6] | |||
| 41Ar | 18 | 23 | 40.9645006(4) | 109.61(4) min | β− | 41K | 7/2- | ||
| 42Ar | 18 | 24 | 41.963046(6) | 32.9(11) a | β− | 42K | 0+ | 미량 | |
| 43Ar | 18 | 25 | 42.965636(6) | 5.37(6) min | β− | 43K | (5/2-) | ||
| 44Ar | 18 | 26 | 43.9649240(17) | 11.87(5) min | β− | 44K | 0+ | ||
| 45Ar | 18 | 27 | 44.9680400(6) | 21.48(15) s | β− | 45K | (1/2,3/2,5/2)- | ||
| 46Ar | 18 | 28 | 45.96809(4) | 8.4(6) s | β− | 46K | 0+ | ||
| 47Ar | 18 | 29 | 46.97219(11) | 1.23(3) s | β− (99%) | 47K | 3/2-# | ||
| β−, n (1%) | 46K | ||||||||
| 48Ar | 18 | 30 | 47.97454(32)# | 0.48(40) s | β− | 48K | 0+ | ||
| 49Ar | 18 | 31 | 48.98052(54)# | 170(50) ms | β− | 49K | 3/2-# | ||
| 50Ar | 18 | 32 | 49.98443(75)# | 85(30) ms | β− | 50K | 0+ | ||
| 51Ar | 18 | 33 | 50.99163(75)# | 60# ms [>200 ns] | β− | 51K | 3/2-# | ||
| 52Ar | 18 | 34 | 51.99678(97)# | 10# ms | β− | 52K | 0+ | ||
| 53Ar | 18 | 35 | 53.00494(107)# | 3# ms | β− | 53K | (5/2-)# | ||
| β−, n | 52K | ||||||||
각주
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