중성자 수

중성자 수(Neutron number, 기호 N)는 핵종에 있는 중성자의 개수이다. 원자 번호 (양성자 수)와 중성자 수를 더하면 질량수()가 된다. 중성자 수와 원자 번호의 차이는 중성자 과잉 정도()로 알려져 있다.

중성자 수는 핵종 기호 표기에 명시적으로 쓰여 있지 않지만, 두 개의 왼쪽 숫자(원자 번호와 질량)의 차이로 추론할 수 있다.

 원소         C: 탄소, 특정 동위 원소 없음 동위 원소/핵종  , 탄소-14 특정. 원자 번호 포함   , 탄소-14. 더 이상 특정하지 않지만 (탄소는 항상 6개의 양성자를 가짐) 더 명확할 수 있다.
같은 중성자 수를 가지지만 양성자 수가 다른 핵종을 동중성자 원소라고 한다. 이 단어는 동위 원소의 p를 중성자의 n으로 대체하여 만들어졌다. 같은 질량수를 가진 핵종을 동중 원소라고 한다. 같은 중성자 과잉을 가진 핵종을 동중성자차 원소라고 한다.Teh Fu Yen, Chemistry for Engineers (Imperial College Press, 2008), p.265

화학적 특성은 주로 양성자 수로 결정되며, 이는 핵종이 어떤 원소의 구성원인지 결정한다. 중성자 수는 약간의 영향만 미친다. 중성자 수는 주로 핵 특성과 관련이 있다. 예를 들어 홀수 중성자 수를 가진 악티늄족은 일반적으로 핵분열성 (느린 중성자로 핵분열 가능)인 반면, 짝수 중성자 수를 가진 악티늄족은 일반적으로 핵분열성이 아니다 (그러나 고속중성자로 핵분열 가능).

안정한 핵종 중 홀수 중성자 수를 가진 것은 58개에 불과하며, 짝수 중성자 수를 가진 것은 194개이다. 베릴륨-9 (유일한 안정한 베릴륨 동위 원소), 질소-14, 백금-195를 제외하고는 홀수 중성자 수 동위 원소 중 어떤 것도 해당 원소에서 가장 자연적으로 풍부한 동위 원소가 아니다.

안정한 핵종 중 중성자 수가 19, 21, 35, 39, 45, 61, 89, 115, 123 또는 ≥ 127인 것은 없다. 중성자 수 82를 가진 안정 핵종은 6개이며, 방사성 원시 핵종은 1개 있다. (82는 마법수이므로 가장 많은 안정 핵종을 가진 중성자 수이다) 바륨-138, 란타넘-139, 세륨-140, 프라세오디뮴-141, 네오디뮴-142, 사마륨-144, 매우 느린 이중 베타 붕괴 과정을 통해 붕괴하는 방사성 원시 핵종 제논-136. 20, 50, 82 (이 세 숫자 모두 마법수)를 제외하고 다른 모든 중성자 수는 최대 4개의 안정 핵종을 가진다 (20의 경우 5개의 안정 핵종 36S, 37Cl, 38Ar, 39K, 40Ca가 있고, 50의 경우 5개의 안정 핵종 86Kr, 88Sr, 89Y, 90Zr, 92Mo와 1개의 방사성 원시 핵종 87Rb가 있다). 대부분의 홀수 중성자 수는 최대 1개의 안정 핵종을 가진다 (예외는 1 (2H와 3He), 5 (9Be와 10B), 7 (13C와 14N), 55 (97Mo와 99Ru), 107 (179Hf와 180mTa)). 그러나 일부 짝수 중성자 수도 1개의 안정 핵종만 가진다. 이 숫자는 0 (1H), 2 (4He), 4 (7Li), 84 (142Ce), 86 (146Nd), 126 (208Pb)이다. 84의 경우는 특별한데, 142Ce는 이론적으로 이중 베타 붕괴에 불안정하며, 베타 붕괴와 이중 베타 붕괴 모두에 이론적으로 안정한 84개 중성자를 가진 핵종은 144Nd와 146Sm이지만, 두 핵종 모두 알파 붕괴하는 것이 관찰된다. (이론적으로 중성자 수 19, 21, 35, 39, 45, 61, 71, 83–91, 95, 96, ≥ 99인 안정 핵종은 없다) 또한 중성자 수 19, 21, 35, 39, 45, 61, 71, 89, 115, 123, 147, ...인 핵종은 베타 붕괴에 안정하지 않다 (베타 붕괴 안정 동중원소 참조).

오직 두 개의 안정 핵종 수소-1과 헬륨-3만이 양성자보다 적은 중성자를 가진다. 수소-1은 가장 작은 중성자 수인 0을 가진다.

 각주 

분류:핵물리학