가장 반응성이 없는 원소는 무엇인가?
헬륨
헬륨은 가장 반응성이 적은 비활성 기체이다. 그뿐만 아니라 알려진 모든 화학 원소 중에서 가장 반응성이 적다. 거의 모든 조건에서 헬륨은 단원자 분자로 존재하며 반응하지 않는다.
노벨륨 동위 원소
노벨륨은 인공 원소로, 표준 원자량은 정해져 있지 않고 안정 동위 원소가 존재하지 않는다. 처음으로 합성된 동위 원소는 No로, 1966년에 발견되었다. 원자량 250에서 262 사이에 총 12개의 방사성 동위 원소와 3개의 이성질핵이 알려져 있다. 이들 중 가장 안정한 것은 No로, 반감기는 약 58분이다.
보륨 동위 원소
보륨은 인공 원소로 표준 원자량은 정해져 있지 않으며, 안정 동위 원소가 존재하지 않는다. 처음으로 발견된 동위 원소는 Bh로, 1981년에 합성되었다. 원자량 260에서 274 사이에 총 11개의 방사성 동위 원소와 1개의 이성질핵이 발견되었다. 이들 중 가장 안정한 것은 약 1분의 반감기를 갖는 Bh이다.
플루오린 동위 원소
플루오린은 자연에서 F 한 종류의 동위 원소로만 구성되어 있으며, 이외에 원자량 14~31 사이에 18가지의 방사성 동위 원소와 한 가지의 핵 이성질체가 알려져 있다. 가장 안정한 방사성 동위 원소는 F으로 반감기가 109.771분이며, 나머지 동위 원소들은 모두 반감기가 1분 이하이다. 가장 불안정한 방사성 동위 원소는 F으로 반감기가 4.1×10초이다. F은 반감기가 알려져 있지 않다.
헬륨
수소 다음으로 가벼운 원소이며, 다른 원소와 잘 반응을 하지 않기 때문에, 지구상에서는 거의 존재하지 않는다. 현재 지구상의 헬륨은 대부분은 방사성 원소의 핵붕괴로 생성된 알파 입자가 천연 가스에 포획된 상태로 있다가 발굴된다. 1903년, 미국의 천연 가스전에서 다량의 헬륨이 발굴되었다.
붕소
HBO(붕산)
붕소와 수소로만 구성되어 있는 화합물 집단을 보레인(borane) 화합물이라고 한다.
가장 간단한 보레인은 BH이다. 이 분자는 여섯 개의 원자가 전자만 갖는다. 따라서 팔전자 규칙의 예외이다.
결과적으로 BH은 자기 스스로 반응하여 다이보레인(diborane, BH)을 생성한다.
이 반응은 Lewis 산-염기 반응으로 간주할 수 있다. 각 BH에서 하나의 BH결합 전자쌍이 다른 분자에게 전자 주개 역할을 한다.
결과적으로 다이보레인은 수소 원자가 두 개 결합을 생성하는 특이한 분자이다.
다리놓인 수소(bridging hydrogen)라고 하는 이러한 수소는 흥미로운 화학 반응성을 보인다.
두 개의 붕소 원자 간에 수소 원자의 공유는 각 붕소 원자의 원자가 전자의 결핍을 다소 보완한다.
그럼에도 불구하고 다이보레인은 격렬하게 반응하는 큰 분자이고, 공기 중에서 자발적 가연성이다.
산화 붕소나 탄화 붕소는 다이아몬드보다 단단하다고 알려져있다. 하지만 희귀하다는 이유로, 잘 쓰이지 않는다.
인듐
지구상에서는 In과 In만이 존재한다. 전체 인듐의 95.7%가 In이지만 이는 방사성 동위 원소이며, 우주의 나이보다 긴 4.41×10년의 반감기를 거쳐 주석-115로 베타 붕괴한다. 이처럼 방사성 동위 원소가 안정한 동위 원소보다 더 많이 존재하는 경우는 인듐, 텔루륨, 레늄뿐이다. 나머지 4.3%를 차지하는 In은 안정하다.
반사관계
비반사관계(非反射關係, irreflexive relation)는 formula_1의 모든 원소가 반사관계를 만족하지 않는 이항관계이다. 예를 들어 '작다', '크다'는 비반사관계이다.
인듐
인듐은 원자량 97에서 135 사이에 39종류의 동위 원소가 알려져 있다. 이 중 인듐-115를 제외하고 가장 반감기가 긴 방사성 동위 원소는 인듐-111로 반감기가 약 2.8일이다. 나머지 방사성 동위 원소들은 반감기가 5시간 미만이다.
효소
여기서 가장 중요한 효소 반응의 원리는 효소와 기질 간의 약한 결합이 효소 촉매 반응의 주요한 에너지원이 된다는 것이다. 이와 같은 반응에서 효소와 약한 상호작용에 관여하고 있는 기질의 부분은 절단 부위나 변화를 받는 부위로부터 다른 곳에 있다. 따라서 전이상태에서 처음으로 형성되는 약한 상호작용이 촉매 반응의 진행에 가장 중요한 역할을 하게 된다.[16]
반응성 중간체
화학에서 반응성 중간체(reactive intermediate) 또는 중간체(intermediate)는 짧은 시간 존재하고, 고에너지에, 고반응성의 분자이다. 화학 반응에서 반응성 중간체가 생성되면 빠르게 더 안정한 분자로 변환된다. 
암흑물질
더욱이 은하회전곡선, 중력렌즈, 우주의 거대 구조 형성 등의 독립된 증거들로 미루어 볼 때 우주의 85–90% 의 질량은 전자기적으로 상호작용하지 않는다. 이러한 비중입자 암흑물질(nonbaryonic dark matter)의 증거는 중력의 영향으로 나타난다. 따라서 현재 받아들여지고 있는 견해는 암흑 물질을 구성하는 입자는 일상적인 양성자나 전자 따위의 중입자로 구성되기 힘들다는 것이다. 주로 거론되는 암흑 물질 후보는 액시온, 비활성 (sterile) 중성미자, 윔프(WIMP, weakly interacting massive particle, 초중성입자를 포함) 따위다. 초대칭 이론은 수많은 초짝입자(superpartner)의 존재를 예측한다. 그 중 가장 가벼운 입자는 (대부분의 모형에서는) 안정하다. 정확하게 어느 입자가 가장 가벼운지는 모형에 따라 다르지만, 대개 초중성입자(neutralino)나 초액시온 (axino) 따위다. 액시온은 페체이 퀸 이론에서 강한 상호작용의 CP 문제를 풀기 위하여 도입하는 입자다. 이 입자 역시 전자기적으로 상호작용하지 않기 때문에 암흑 물질을 이룰 수 있다. 비활성 중성미자는 일반적 중성미자의 미세한 질량을 설명하기 위하여 시소 메커니즘(seesaw mechanism)에서 도입하는 입자다. 만약 비활성 중성미자가 매우 무겁다면 일반적 중성미자는 그만큼 가벼워진다. 일반 중성미자도 한 때 암흑 물질의 후보였다. 중성미자는 우주를 통틀어 매우 많은 양이 존재할 것이기 때문에, 중성미자가 약간의 질량을 가지기만 해도 암흑 물질의 상당부분을 설명할 수 있다는 것이다. 하지만 중성미자는 너무 가벼운 입자이기 때문에 우리가 관측적으로 알게된 우주의 거대 구조를 만들 수 없다는 것이 우주론 연구에서 알려지면서, 암흑 물질의 대부분을 설명할 수 있는 후보로써는 제외되었다.
더브늄 동위 원소
더브늄은 인공 원소로 표준 원자량은 정해져 있지 않으며, 안정 동위 원소가 존재하지 않는다. 처음으로 발견된 더브늄 동위 원소는 1968년 합성된 Db이다. 원자량 255에서 270 사이에 13개의 방사성 동위 원소와 3의 이성질핵이 존재한다. 발견된 이성질핵 중 2개는 아직 존재가 확인되지 않았다. 가장 안정한 동위 원소는 Db로, 반감기는 약 29시간이다.
리튬 동위 원소
리튬-8은 리튬의 매우 불안정한 동위 원소이다. 리튬-8과 중수소의 반응은 핵융합 반응의 하나이다.
규소 동위 원소
규소는 원자량 22~45 사이에 24가지의 동위 원소가 알려져 있다. 이들 중 Si(존재 비율 92.23%), Si(존재 비율 4.67%), Si(존재 비율 3.1%)는 안정 동위 원소이다. 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 것은 Si(반감기 약 170년)로 대기 중에서 우주선 입자와 아르곤 원자가 충돌하여 생성되며, 그 다음으로 Si(반감기 157.3분)가 안정하다. 나머지 동위 원소들은 모두 반감기가 7초 이하이다.
나트륨 동위 원소
나트륨 또는 소듐은 한 가지 안정 동위 원소(Na)와 원자량 18~37 사이에 존재하는 20가지의 방사성 동위 원소 및 2가지 이성질핵(Na, Na)으로 구성되어 있다. 이들 중 Na은 나트륨의 유일한 천연 동위 원소이며, 이외에 반감기가 2.605년인 Na와 반감기가 대략 15시간인 Na은 자연에 미량 존재한다. 나머지 방사성 동위 원소들의 반감기는 모두 1분 미만이다.
루비듐
루비듐은 아주 부드럽고, 연성을 가지고 있으며 은백색의 물질이다. 루비듐은 비방사성 알칼리 금속중 두 번째로 많이 양전기를 띤다. 녹는점은 이다. 다른 알칼리 금속과 비슷하게 루비듐 금속은 물과 격렬하게 반응하며 수은, 금 철 세슘의 합금 , 칼륨과 아말감을 형성한다. 하지만 같은 족인 리튬과는 아말감을 형성하지 않는다. 약한 방사성인 칼륨과 강한 방사성인 세슘과 같이, 물과 루비듐의 반응은 보통 수소 기체를 점화하는데 충분히 강력하다. 루비듐은 자발적으로 공기 안에서 점화한다고 보고된 적이 있다. 루비듐은 406 kJ/mol의 아주 작은 이온화에너지를 가지고 있다. . 루비듐과 칼륨은 불꽃 실험에서 아주 비슷한 보라색을 보여준다. 이 때문에 이 둘을 구별하는데 분광학이 필요하다.
이산화 탄소
이산화 탄소는 화학적으로 활성이 낮은 기체이다. 이산화 탄소가 관여하는 대표적인 반응은 다음과 같다.
비활성 기체 화합물
비활성 기체 화합물은 비활성 기체가 이룬 화합물이다. 비활성 기체는 주기율표에서 아래로 내려갈 수록 반응하기 쉬우므로, 그중 방사성 붕괴를 하지 않아 연구하기 쉬운 제논의 화합물이 주로 알려져 있다.네온 화합물은 아직까지 발견된 것이 없다.
비스무트
비스무트(←, )는 화학 원소로 기호는 Bi(←), 원자 번호는 83이며, 원자량은 208.980이다. 녹는점은 271.3℃이고 끓는점은 1560(±5)℃이다. 밀도는 실온에서 9.747g/cm이다. 한자로 창연(蒼鉛)이라고 부르기도 한다. 무겁고 깨지기 쉬우며 흰색 결정질의 전이후 금속으로 분홍색 색조를 띠며 비소나 안티모니와 화학적 성질이 비슷하다. 금속 중에서 반자성이 제일 강하다. 금속 가운데서 수은 다음으로 열 전도성이 작으며 모든 금속들 중에서 가장 전기 전도성이 낮다. 납을 포함하지 않는 비스무트 화합물은 화장품과 의료 처치에 사용된다. 모든 동위 원소가 방사성을 띠나 반감기가 매우 길어 안정 원소로 분류되기도 한다. 순수한 금속이나 창연석, 휘창연석 같은 광석에서 얻으며 볼리비아에 가장 많다. 납, 구리, 주석, 은, 금 광석에서 불순물을 없앨 때 부산물로 얻어진다.
네온
네온을 비롯한 비활성 기체들이 잇달아 발견됨에 따라 이들이 주기율표에 18족(8A족)으로 들어가게 됨으로써 주기율표의 정확성이 입증되고, 가장 전기음성인 할로겐족 원소와 가장 전기양성인 알칼리 금속 사이의 연결 고리가 만들어졌다. 그리고 이들 원소들이 화학 반응성이 없고 단원자 분자로 존재한다는 사실에서, 원소들의 성질을 원자가 전자의 수로 설명하는 옥텟 규칙(octet rule, 최외각 전자 껍질에 8개의 전자를 갖는 것이 가장 안정하다는 규칙)이 나오게 되었다.
테크네튬
테크네튬은 모든 동위 원소가 방사성인 원소들 중 가장 원자 번호가 작은 원소이다. 원자핵 속 양성자 개수, 즉 원자 번호가 홀수인 원자들은 짝수인 원자들에 비해 불안정한 경향이 있어 안정한 동위 원소의 개수도 적은 편이다.
원자가 전자
흔히 최외각 전자와 원자가 전자를 같은 개념으로 이해하고 있으나 엄밀히 따지면 이 둘은 다른 개념이다. 최외각 전자란 단순히 원자의 가장 바깥쪽 껍질의 전자를 일컫는 말이지만 원자가 전자는 반응에 참여할 수 있는 전자를 뜻한다. 따라서 비활성 기체의 경우 이 둘의 수가 다르다. 예를 들어 네온(Ne)은 최외각 전자가 8개이지만 원자가 전자는 없다.
극대 원소와 극소 원소
부분 순서 집합 formula_1의 극대 원소 formula_2는 다음의 서로 동치인 두가지 정의가 있다.부분 순서 집합 formula_1의 극소 원소는 반대 순서 집합 formula_9의 극대 원소이다. 즉, 다음의 서로 동치인 성질 중 하나를 만족하는 formula_10이다.극대 원소와 극소 원소는 존재하지 않을 수 있다.극대 원소와 극소 원소는 유일하지 않을 수 있다.
모든 최대 원소는 극대 원소이며, 모든 최소 원소는 극소 원소이다. 그 역은 일반적으로 성립하지 않는다.
악티늄 동위 원소
악티늄은 안정 동위 원소가 존재하지 않고 오직 방사성 동위 원소로만 구성되어 있다. 따라서 악티늄의 표준 원자량은 정해져 있지 않다. 악티늄은 원자량 206에서 236 사이에 총 31개의 동위 원소와 2개의 이성질핵이 알려져 있다. 이들 중 Ac와 Ac는 자연에서 미량 발견되며, 각각 U와 Th의 중간 붕괴 생성물이다. Ac은 자연에서 극히 드물기 때문에 자연에 존재하는 악티늄은 주로 Ac이며, 반감기도 21.772년으로 제일 길다. 그 다음으로는 Ac(반감기 10.0일)와 Ac(반감기 29.37시간)이 비교적 안정하며, 이밖의 방사성 동위 원소들은 모두 반감기가 10시간 미만이고 대부분은 1분 미만이다.
티아민 피로인산
반응에 가장 일반적으로 관여하는 티아민 피로인산 분자의 부분은 질소와 황을 포함하는 티아졸 고리이다. 따라서, 티아졸 고리가 분자의 반응 부분이다. 티아졸 고리의 2번 탄소는 양성자를 주고 탄소 음이온(carbanion)을 형성함으로써 산으로 작용할 수 있다. 일반적으로 탄소 음이온을 형성하는 반응은 매우 불리하지만, 탄소 음이온 바로 인접한 질소의 양전하는 음전하를 안정화시켜 반응을 훨씬 유리하게 만든다. 인접한 원자들이 양전하와 음전하를 갖는 화합물을 일리드(ylid 또는 ylide)라고 부르기 때문에 때로는 티아민 피로인산의 탄소 음이온 형태를 일리드 형이라고 부른다.
화학 물질
원소는 특정한 종류의 원자로 이루어진 화학 물질이므로 다른 원소와의 화학 반응으로 분리해 내거나 변경시킬 수 없다. 그러나 핵반응을 통하여서 다른 요소로 변형시킬 수 있다. 특정 원소 안의 모든 원자가 같은 수의 양성자를 갖고 있지만 다른 동위 원소에 다른 수의 중성자를 가지고 있을 수 있다. 120개의 원소가 알려져 있고 그 가운데 80개가 안정적이다.
원소 (화학)
원소(, )는 화학적 방법으로 더 간단한 순물질로 분리할 수 없는 물질이다. 원소는 모든 물질을 구성하는 기본적 요소로, 원자핵 내의 양성자 수와 원자 번호가 같다. 중성 원자의 양성자의 개수와 전자의 개수는 같다. 현재까지는 118종이 알려져 있다.
라돈
라돈(←, )은 화학 원소로 기호는 Rn(←), 원자 번호는 86이다. 라돈은 방사성 비활성기체로써 무색, 무미, 무취의 성질을 가지고 있으며 공기보다 무겁다. 자연에서는 우라늄과 토륨의 자연 붕괴에 의해서 발생된다. 가장 안정적인 동위 원소는 Rn-222으로 반감기는 3.8일이고, 이를 이용하여 방사선 치료 등에 사용된다. 라돈의 방사능으로 인해 폐로 흡입하게되면 폐의 건강을 위협할 수 있다. 이러한 이유로 많은 과학자들이 라돈에 대한 화학적 연구를 꺼리고 있고, 그로인해 아직까지 알려진 화학적 합성물질은 매우 극소수에 불과하다.
칼슘
칼슘은 은백색의 무른 금속으로, 납보다는 단단하여 칼로 자르기가 어렵다. 비중이 1.55로 알칼리 토금속 중에서는 가장 가벼우며, 이는 원자 번호가 더 작은 베릴륨이나 마그네슘보다도 가벼운 것이다. 비저항은 구리나 알루미늄보다 크지만 비중이 낮아 단위 질량 당 저항을 기준으로 할 때는 전기 저항이 더 작다. 그러나 공기 중에 방치하면 산소, 질소, 수증기 등과 잘 반응하므로 도체로 사용하는 경우는 적다. 공기 중에서 잘 발화하지 않지만 연소시킬 경우 밝은 주황색 불꽃을 낸다. 녹는점은 842℃, 끓는점은 1484℃이다. 두 가지의 동소체와 24가지의 동위 원소가 알려져 있으며, 결정 구조는 면심 입방 구조이다.
철 동위 원소
철 동위 원소 연구의 대부분은 핵합성(운석 연구)과 광석 형성에 의한 Fe 연구가 대부분이지만, 최근 10년간의 연구 진보에 따라 다른 동위 원소의 세부적인 분석이 가능해졌다. 이 연구는 대부분 지구 과학에서 이루어지지만, 생물학 및 산업 연구에도 쓰이고 있다. 그리고, Fe는 과학자들의 주목을 받고 있다. 이 동위 원소는 안정되고 핵분열과 핵융합 반응도 일으키지 않지만, 정확히 말하면 Ni와 Fe, Fe 순으로 핵종이 안정하다. 하지만, Fe가 일반적으로 규소-28부터 시작한 핵융합 반응으로 만들어지기 때문에, 항성의 핵에서 만들어지는 가장 마지막 원소로 우주에서 가장 안정한 원소로 불린다.
절대 영도
절대 영도(絶對零度, Absolute Zero)는 물리학에서 거시적으로 이론적인 온도의 최저점으로 0 켈빈의 온도를 의미한다. 섭씨로는 −273.15 °C에 해당하며, 화씨로는 −459.67 °F에 해당한다. 분자 등 어떠한 계를 구성하는 입자의 에너지가 최소 상태일 때를 절대 영도로 정의하기 때문에 실험적으로는 불가능하다고 볼 수 있다. 실험적으로 도달한 최저온도는 1999년도에 로듐을 이용한 냉각기법으로 기록한 100 피코켈빈이다. 분자의 운동에너지를 줄여서 같은 에너지 상태에 다수의 분자를 서려 놓는 보스-아인슈타인 응축(BEC, Bose-Einstein Condensate)을 통해 절대 영도에 가까운 상태를 구현할 수 있다. 그러나 절대 영도보다 더 낮은 온도를 만들 수 있고 그 온도의 물체는 오히려 절대 영도의 온도보다 뜨겁다는 것이 밝혀졌다. 샤를의 법칙에 따르면 온도가 내려갈 수록 기체의 부피도 줄어 들게 되어 있는데 이상기체의 경우 절대 온도에 도달하면 부피도 0이 된다. 하지만, 대부분의 기체는 절대 온도 이전에 이미 액화되는데 드라이아이스는 −79 °C (이산화탄소는 대기압에서 액체 상태를 거치지 않고 바로 고체가 된다), 산소는 −183 °C (액체)와 −218 °C (고체), 질소는 −196 °C(액체)와 −210 °C(고체), 그리고 헬륨은 −269 °C(액체)가 상변이 온도이다. 헬륨은 일반적인 대기압에서 고체가 되지 않는 유일한 원소로 알려져 있다. 우주 마이크로파 배경 복사의 온도는 −270 °C (2.7 K), 우주에서 가장 차가운 천체로 알려진 부메랑 성운은 −272 °C (1 K)로 알려져 있다.
프랑슘 동위 원소
프랑슘은 안정 동위 원소가 존재하지 않으며, 오직 방사성 동위 원소로만 이루어져 있다. 프랑슘 동위 원소 중 가장 안정한 것은 Fr으로 반감기는 22분이며, 자연에서 U의 중간 붕괴 생성물로써 미량 존재한다. Fr 또한 자연에 미량 존재한다. 한편, 현재까지 알려진 각 원소들의 가장 안정한 동위 원소들 중 프랑슘이 제일 불안정하다. 비록 원자 번호 106(시보귬) 이상의 원소들의 가장 안정한 동위 원소의 반감기가 프랑슘보다 짧기는 하지만 이들 원소는 아직까지 발견된 동위 원소의 개수가 적어 반감기가 비교적 긴 동위 원소들이 있을 가능성이 여전히 존재한다.
바나듐 동위 원소
바나듐은 자연에서 한 종류의 안정 동위 원소(V)와 한 종류의 방사성 동위 원소(V, 반감기 1.5×10년)로 구성되어 있다. 이 밖에 원자량 40~65 사이에 24가지의 인공 방사성 동위 원소가 발견되었으며, 이들 중 가장 안정한 것은 반감기가 약 330일인 V와 반감기가 15.9735일인 V이다. 이외의 방사성 동위 원소들은 모두 반감기가 1시간 미만이며, 대부분은 10초 미만이다. 또한, 4가지의 동위 원소에서는 이성질핵이 발견되었으며, 이 중 V은 두 가지의 핵 이성질체를 가지므로 총 5가지의 이성질핵이 존재한다.
텔루륨
자연에는 8가지의 텔루륨 동위 원소가 존재한다. 이들 중 Te, Te, Te, Te, Te는 안정하며, 나머지 3가지(Te, Te, Te)는 방사성 동위 원소이다. 자연에서 안정 동위 원소의 비율은 약 33.2%로 비교적 낮은 편인데, 이는 자연에 존재하는 방사성 동위 원소들의 반감기가 10년에서 2.2×10년으로 매우 길기 때문으로 추정된다. 특히 반감기가 2.2×10년에 달하는 Te는 모든 방사성 동위 원소들 중에서 가장 반감기가 긴 원소로, 현재 알려진 우주 나이의 약 10배 정도 길다.
규소
규소는 자연에 3가지의 안정한 동위 원소(Si, Si, Si)가 존재한다. 이들 중 Si이 92%로 가장 많이 존재하는 동위 원소이며, 고순도의 Si는 킬로그램의 정의를 새로 정의하는 데 사용된다. Si는 주로 핵자기 공명 분광 분석기나 전자 스핀 공명 장치 등에 사용된다. 이들 외에 원자량 22에서 44 사이에 20가지의 방사성 동위 원소가 발견되었으며, 이들 중 가장 안정한 것은 Si와 Si로 반감기가 각각 170년과 157.3분이다. 나머지 방사성 동위 원소들은 모두 반감기가 7초 미만이다. 핵 이성질체는 아직까지 발견된 바 없다.
하슘 동위 원소
하슘은 인공 원소로, 표준 원자량은 정해져 있지 않으며 안정 동위 원소가 존재하지 않는다. 처음으로 발견된 동위 원소는 1984년에 합성된 Hs이다. 원자량 263에서 277 사이에 총 12개의 방사성 동위 원소와 1~4개의 이성질핵이 발견되었다. 가장 안정한 하슘 동위 원소는 9.6초의 반감기를 가지는 Hs이다.
오가네손
오가네손은 비활성 기체에 속하는 원소이다. 주기율표상의 위치에서는 라돈 바로 밑에 위치를 한다. 그리고 비활성기체에서 가장 무거운 원소이다. 최외곽 전자 껍질에는 8개의 전자가 있으며. 안정적이다. 오가네손의 최외곽 전자껍질은 s-구역 전자 2개, p-구역 전자 6개로 7s, 7p이다. 이 전자배치를 옥탯배치라고 한다.
현대 화학
금속의 저항은 0K에 가까워질수록 작아진다. 0K에서 원자들은 꼼짝도 할 수 없으므로 전자는 아무런 방해를 받지 않고 움직일 수 있다. 그런데 덴마크 물리학자인 헤이커 카메를링 오너스는 수은이 0K에 이르기 전인 4.2K 부근에서 전기 저항이 사라진다는 사실을 발견하였다. 주석은 3.7K에서, 납은 7.2K에서 초전도체가 되었다. 둘 이상의 원소가 섞인 합금은 더 높은 온도에서 초전도체가 되었다. 바나듐규소 합금은 18K에서, 나이오븀게르마늄 합급은 23.2K에서 초전도체가 된다.
로듐
로듐은 단단한 은백색 금속으로, 반사율이 높다. 순수한 로듐은 가열해도 산소와 반응하지 않는다. 일반적인 상태에서는 녹는점 근처에서만 산소를 흡수하지만 다시 냉각시키면 다시 산소를 내놓는다. 백금보다는 녹는점이 높고 밀도가 낮으며, 왕수를 제외한 대부분의 산과는 반응하지 않는다.
나이오븀
자연에 존재하는 안정한 나이오븀 동위 원소는 Nb이다. 2003년까지 원자량 81에서 113 사이에서 최소 32종류의 인공 방사성 동위 원소가 합성되었다. 이들 중 가장 안정한 것은 Nb로 반감기가 약 3470만 년이다. 또, 최소 25종류의 핵 이성질체가 발견되었다.
반물질
또, 수소 원자의 반물질은 반수소 원자이다. 실제로 CERN에서 5만 개 이상의 반수소 원자(양전자 1개, 반양성자 1개)의 합성에 성공했다. 반수소 원자는 전하량을 가지지 않는 전기적 중성상태이기 때문에 소멸되는 것을 늦추기 위해 액체 헬륨을 이용하여 내부의 온도를 0.5K 으로 만들어 입자의 소멸을 늦추었다. 반수소 원자는 16분간 지속된후 사라졌다. 세상에서 가장 귀한 물질도 반물질이다.
붕소 동위 원소
붕소는 자연에서 B와 B 두 종류의 동위 원소로 구성되어 있으며, B은 전체 붕소의 약 80%를 차지한다. 붕소 시료에 따라 존재 비율에는 약간씩 차이가 난다. 이외에 원자량 6~21 사이에 14가지의 방사성 동위 원소가 존재한다. 모두 반감기가 짧아 제일 안정한 B도 반감기가 770밀리초에 불과하다. 원자량 10 이하의 동위 원소는 주로 헬륨이나 베릴륨의 동위 원소로, 11 이상의 동위 원소는 주로 탄소 동위 원소로 붕괴한다.
로듐
자연에 존재하는 로듐의 동위 원소는 Rh 하나뿐이다. 가장 안정한 방사성 동위 원소는 Rh으로 반감기가 3.3년이다. 이외에 원자량 93에서 117까지 총 22종류의 방사성 동위 원소가 존재한다.
망가니즈 동위 원소
망가니즈는 자연에서 Mn 한 가지의 안정 동위 원소로만 구성되어 있다. 원자량 46~65 사이에 25종류의 방사성 동위 원소와 3가지의 이성질핵도 발견되었는데 이들 중 가장 안정한 것은 Mn으로 반감기는 약 370만 년이며, 그 다음으로는 반감기 312.3일의 Mn와 반감기 5.591일의 Mn이 있다. 그 밖의 방사성 동위 원소는 모두 반감기가 3시간 미만이며, 대부분은 1분 미만이다. Mn의 반감기는 알려져 있지 않다. 원자량 55 미만의 동위 원소들은 대부분 전자 포획을 통해 붕괴하며, 원자량이 55를 넘는 동위 원소들은 대부분 베타 붕괴한다.
금속의 반응성
금속의 반응성은 금속 원자가 산화되어 양이온이 되려는 경향이다. 금속의 반응성은 특정 금속의 산이나 물과의 반응성, 단순치환반응, 광석으로부터 제련하는 법 등과 관련이 있다. 예를 들어, 아래의 금속의 반응성 순서를 보면 아연은 구리보다 반응성이 크다. 따라서 고체상태의 금속 아연을 황산구리(CuSO) 수용액에 넣으면 아연과 구리가 치환되는 다음과 같은 단순치환반응이 일어남을 알 수 있다.
즉, 실험을 해보지 않아도 이론적으로 붉은색의 구리(Cu)가 석출될 것을 예상할 수 있다.
알케인
알케인은 비교적 반응성이 낮으며, 일반적으로는 산이나 염기와 잘 반응하지 않는다. 이러한 낮은 반응성 때문에 일반적으로 파라핀()이라고도 하며, 이는 '친화력이 작다'는 뜻의 라틴어 "parum affinis"에서 온 말이다. 석유는 알케인 분자들이 수백만년 동안 화학적 변화 없이 보존된 대표적인 예이다.
로렌슘 동위 원소
로렌슘은 인공 원소로, 표준 원자량은 정해져 있지 않고 안정 동위 원소가 존재하지 않는다. 최초로 합성된 동위 원소는 Lr로, 1961년에 발견되었다. 원자량 252에서 266 사이에 총 12개의 방사성 동위 원소와 1개의 이성질핵이 알려져 있다. 이들 중 가장 안정한 것은 Lr으로, 반감기는 약 11시간이다. 동위 원소가 무거울수록 더 안정해지는 경향이 있다.
주석 (원소)
주석에는 10개의 안정한 동위 원소가 존재한다. 안정한 동위 원소들 중 주석-120이 가장 많이 존재하고 주석-115가 가장 적게 존재한다. 이외에도 29종류의 불안정한 방사성 동위 원소가 알려져 있으며, 이 중 주석-126(반감기 약 23만 년)을 제외하고는 모두 반감기가 1년 이하이다.
브로민
한편, 브로민의 반응성은 염소와 아이오딘의 중간 정도로, 대부분의 금속 원소와 반응하여 브로민화 염을 만든다. 대부분의 유기 화합물과도 잘 반응하며, 이원자 분자 형태에서 라디칼로 분해되기 쉬운 조건에서 특히 잘 반응한다. 표백 작용 또한 뛰어나다. 물에는 소량 용해되며, 이황화 탄소, 사염화 탄소, 아세트산 등의 용매에는 잘 녹는다. -1에서 +7까지의 산화수를 가질 수 있으나, 산화 상태가 –1인 것이 가장 흔하며 이는 다른 할로젠 원소들과 마찬가지로 무색이고 물에 잘 용해된다. 또한, 브로민은 대부분의 금속 원소와 아이오딘을 산화시키는 산화제이기도 하다.
비활성 기체
비활성 기체(非活性氣體) 혹은 불활성 기체(不活性氣體), 희가스(稀gas), 귀족 기체(noble gas)는 화학 계열로 주기율표의 18족 원소를 말한다. 최외각 전자가 모두 차 있는 이러한 원소들은 전자를 주고 받기 힘들기 때문에 화학결합을 하기 어렵다.
아인슈타이늄 동위 원소
아인슈타이늄은 인공 원소로 표준 원자량이 정해져 있지 않고 안정 동위 원소는 존재하지 않는다. 최초로 발견된 동위 원소는 Es으로, 1952년 수소폭탄 실험의 낙진에서 처음 발견되었다. 원자량 240에서 258 사이에 총 19개의 방사성 동위 원소와 3개의 이성질핵이 존재한다. 가장 안정한 동위 원소는 471.7년의 반감기를 갖는 Es이다.
크로뮴
크로뮴의 천연 동위 원소는 Cr, Cr, Cr의 3가지이며, 이 중 Cr이 83.789%로 가장 많이 존재한다. 이외에 19가지의 방사성 동위 원소와 준안정한 이성질핵 2가지가 발견되었으며, 이들 중 가장 안정한 것은 Cr(반감기 1.8×10년)이다. 반감기가 27.7일인 Cr을 제외하고 나머지 동위 원소들은 모두 반감기가 1일 이하이다.
양성자
충분히 낮은 온도에서 자유 양성자는 전자와 결합한다. 하지만 그렇게 묶인 양성자의 성질이 변하지는 않는다. 물질사이를 빠르게 움직이는 양성자는 전자나 원자핵과의 상호작용으로 인해 원자의 전자구름에 붙잡힐 때까지 속도가 느려진다. 그 결과로 생성되는 것이 수소 화합물의 일종인 양자화 된 원자이다. 진공상태에서 자유전자가 존재한다면 충분히 느린 양성자가 각각의 자유전자를 집어가 화학적으로 유리기상태인 중성수소원자가 된다. 이러한 “자유 수소원자”들은 충분히 낮은 에너지를 갖는 다른 원자와 화학반응을 일으키는 경향이 있다. 두 자유 수소원자가 서로 반응하면 그것들은 성간 공간의 분자 구름에 가장 흔한 분자인 중성 수소분자(H)가 된다. 지구상에 존재하는 이 분자는 대형 강입자 충돌기를 활용한 실험과 같은 강입자 물리 실험 등에서 가속을 위해 쓰이는 양성자의 좋은 공급원으로 쓰인다.원자의 주기율표는 화학적으로 동일한 성질의 원자들을 묶은 것이다. 주기율표의 성질은 양성자와 중성자의 개수에 의해 결정된다. 질적인 성질을 양적인 성질로 바꾼 것이라 할 수 있다.
나트륨
지구 지각 내 원소 함량에서 6번째에 속하지만 강한 반응성으로 인하여 금속임에도 불구하고 화학식으로 나타낼수 있으며, 홑원소 물질로는 존재하지 않고 대부분 장석이나 염화 나트륨과 같은 형태로 존재한다.
네오디뮴
자연에는 Nd, Nd, Nd, Nd, Nd의 다섯 개의 네오디뮴 동위 원소가 존재하며 이 중 가장 많이 존재하는 것은 네오디뮴-142(존재 비율 27.13%)이다. 네오디뮴-144와 네오디뮴-150은 방사성 동위 원소로, 반감기가 각각 2.29×10년과 1.1×10년이다. 현재까지 네오디뮴의 방사성 동위 원소는 31종류가 발견되었으며, 네오디뮴-144와 150을 제외하고는 모두 반감기가 11일 이하이다.
네온
색깔과 냄새, 맛이 없으며 공기보다 가볍다. 저압방전에 의해 적색의 휘선스펙트럼을 나타낸다. 비활성 기체로서 단원자 분자 상태로 존재한다. 헬륨 다음으로 반응성이 낮다.
탄소
탄소(炭素←, )는 비금속인 화학 원소로, 기호는 C(←)이고 원자번호는 6이다. 원자가 전자는 4개이다. 존재하는 동위 원소는 총 3개로, C와 C는 안정적인 동위 원소지만 C는 반감기가 약 5730년인 방사성 동위 원소이다.[1] 탄소는 아주 오래 전에 존재가 밝혀진 원소들 중 하나이다.[2]
헬륨 동위 원소
헬륨(He)은 아홉 종류의 동위 원소가 알려져 있으며, 이 중에서 헬륨-3(He)과 헬륨-4(He)만이 안정 동위 원소이다. 다른 방사성 동위 원소는 모두 짧은 수명을 가지며, 그 중 He이 반감기 806.7 밀리초로 가장 길다.
레늄
레늄(←, ←)은 화학 원소로 기호는 Re(←), 원자 번호는 75이다. 은백색의 광택이 있는 무거운 금속으로, 주기율표의 7족에 속한다. 지각에는 약 1ppb의 농도로 포함되어 있는 것으로 추정되며, 지구에서 가장 희귀한 원소 중의 하나이다. 순수한 레늄은 모든 원소들 중에서 세 번째로 녹는점이 높고 끓는점은 가장 높다. 화학적으로는 망가니즈와 테크네튬과 비슷한 성질을 가진다. 몰리브데넘이나 구리 광석을 제련하는 과정에서 부산물로 얻을 수 있다. -1에서 +7까지의 산화수를 가질 수 있다. 1925년에 발견된 레늄은 안정한 원소들 중에서 가장 늦게 발견된 원소이기도 하다. 독일의 라인 강(Rhine)에서 이름을 따왔다.
안티모니
안티모니(←) 또는 안티몬(←)은 화학 원소로 기호는 Sb(←)이고 원자 번호는 51이다. 준금속 원소인 안티모니는 네 가지 동소체가 존재한다. 가장 안정적인 것은 청백색 금속 상태이다. 노란색과 검은색 안티모니는 불안정한 비금속이다. 안티모니는 방염성, 페인트, 세라믹, 에나멜, 합금, 전자 제품, 고무 등에 사용된다. 안티모니를 포함한 오플루오린화 안티모니는 가장 강력한 산이다.
안티모니 화합물은 고대로부터 알려져 있었으며 당시에는 주로 미용 용도로 쓰였다. 금속성의 안티모니도 꽤 오래 전부터 알려져 있었던 것으로 추정되나, 납과 혼동되는 경우가 잦았다. 1540년 반노초 비링구초(Vannoccio Biringuccio)가 최초로 순수한 안티모니를 분리하였다.
안티모니
금속성 안티모니는 은백색 광택이 있는 부서지기 쉬운 형태이다. 용융된 안티모니를 천천히 냉각시키면 삼방정계로 결정화된다. 폭발성 안티모니는 비교적 희귀한 형태로, 삼염화 안티모니를 전기분해하여 얻는다. 날카로운 물체로 흠집을 내면 발열 반응이 일어나면서 금속성 안티모니로 전환되며, 막자와 막자사발을 이용해 빻으면 급격하게 연소한다. 흑색 안티모니는 기화된 금속성 안티모니를 급속하게 냉각시켜 얻는다. 결정 구조는 적린이나 흑색 비소와 같으며, 공기 중에서 산화하여 스스로 발화하기도 한다. 100℃에서는 점차 안정적인 금속성 안티모니로 전환된다. 황색 안티모니는 가장 불안정한 동소체이다. -90℃에서 SbH의 산화를 통해서만 생성되며, 그 이상의 온도나 빛에 노출되면 흑색 안티모니 형태로 다시 되돌아간다.
반자성
반자성(反磁性, diamagnetism)은 자기장에 대한 물질의 약한 반발력이다. 그것은 자성의 형태로 외부자기장이 인가되어있을 때만 확인되는 것이다.
모든 물질은 인가된 자기장에 대해 반자성 응답을 보인다. 사실 반자성은 매우 일반적인 현상이다. 왜냐하면 모든 물질이 전자를 가지고 있기 때문이다. 모든 물질은 항상 약한 반자성을 띠지만 다른 자성(강자성,상자성등) 때문에 드러나지 않는다. 그래서 특정한 물질에서만 반자성 효과가 나타난다.
반자성 물질은 외부 자기장의 반대 자기장을 형성한다. 반자성은 모든 물질에 작용하는 양자역학적인 효과이며 반자성을 띠는 물질을 반자성체라고 한다. 반자성체에는 물, 수은, 에탄올, 비스무트, 구리, 금, 은 등이 있다.
강자성체와는 다르게 반자성체는 영구자석이 아니다. 반자성체는 투자율이 1보다 작거나 같고, 자화율은 0이하다. 대부분 물질의 반자성은 작은 효과이다. 그러나 초전도체는 자기장을 완전히 밀어낸다.
이온화 경향
마찬가지로, 알칼리 금속 간의 비교에서는 세슘(Cs)이 반응성 상에서는 최대이지만, 이온반지름은 Cs > Rb > K > Na > Li이며, 그러므로 리튬은 반응성이 최소임에도 불구하고, 이온반지름이 가장 작기 때문에 수화열의 절대치가 크기에, 결과적으로 전위가 가장 낮아진다. 위와 같이 이온화 경향은 반드시 반응성의 순서를 반영하고 있다고는 할 수 없는 부분이 있으며, 정성(定性)적인 논의에 쓰이는 것에 그치는 것이 바람직하다.
캘리포늄 동위 원소
캘리포늄-250과 251의 높은 열중성자 흡수율 덕분에 이 동위체는 캘리포늄 동위 원소들 중 가장 많이 생성되는 동위체이다.
자발핵분열 비율이 높기 때문에 중성자를 흡수하면 65~70%가 스스로 핵분열을 하고 30~35% 가량의 핵분열성인 동위체인 캘리포늄-253이 생성되므로 연쇄 핵반응의 좋은 연료이며, 핵연료로도 사용할 수 있지만, 다음 핵분열성 동위체인 캘리포늄-253의 반감기가 17.81일밖에 되지 않아 비효율적이다.
하지만 이 비효율적인 면이 캘리포늄-252의 반감기를 정확히 측정할 수 있도록 도움을 주었다.
산소 동위 원소
산소는 자연에서 세 가지의 안정 동위 원소(O, O, O)가 존재한다. 이외에 원자량 12~26 사이에 총 11가지의 방사성 동위 원소가 존재하며, 모두 반감기가 짧은 편이다. 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 O는 반감기가 122.24초이다.
중성자 감속재
원자로에서 연료로 사용되는 U는 0.025 eV의 에너지를 지니고 있는 열 중성자와 잘 반응하며, U는 0.5 MeV의 에너지를 가진 중성자와 잘 반응한다. 그러나 U가 핵분열을 하게 되면, 고속중성자를 배출하게 되며, 고속 중성자는 U과 반응을 하게 되고 U과는 반응을 하지 않게 된다. 그래서 연료의 연쇄 반응을 좀더 활발하게 하기 위해서 중성자의 속도를 떨어뜨리는 물건을 필요로 하게 되고, 이 물건을 가리켜 감속재라고 지칭한다. 현재 사용되고 있는 거의 모든 원자로는 이 열 중성자를 이용한 원자로이다. 고속중성자로 혹은 고속로의 경우, 노심 밖의 블랭킷 연료인 U을 Pu로 변경시켜 연료로 사용하기 때문에 고속로의 경우에는 중성자 감속재가 존재하지 않는다. 일반적으로 감속재는 원자번호가 낮은 원소 및 그 화합물이 사용된다.
악티늄
자연적으로 생성되는 악티늄은 한 종류의 방사성 동위 원소로만 이루어져 있다. 바로 Ac이다. 지금까지 총 36개의 방사성 동위원소가 발견되었는데, 제일 안정한 것은 Ac로써, 그의 반감기는 21.772년이다. Ac의 반감기는 10일이고, Ac의 반감기는 29.37시간이다. 나머지 방사성 동위원소들은 모두 10시간보다 적은 시간의 반감기를 가지고 있고, 대다수는 반감기가 1분도 되지 않는다. 반감기가 가장 짧은 악티늄의 동위원소는 Ac으로, 반감기는 69 나노초이다. Ac는 알파 붕괴와 역베타 붕괴('전자 포획'이라고도 한다)로 붕괴된다. 악티늄은 2개의 핵 이성질체가 있다.
탄소
초고압에서 탄소는 다이아몬드 상을 가진다. 다이아몬드는 흑연보다 밀도가 두 배 가량 높다. 다이아몬드에서 각 탄소 원자들은 사면체 결합을 하고 있으며, 규소, 게르마늄과 같은 입방체 구조를 하고 있다. 다이아몬드는 매우 강한 공유결합을 하고 있어, 자연물 중에서는 경도가 가장 높은 물질이다. "다이아몬드는 영원하다"는 통념과는 반대로, 다이아몬드는 STP 하에서 열역학적으로 불안정하며(ΔfG°(다이아몬드, 298K) = 2.9kJ/mol[32]) 흑연으로 상전이한다.[4] 하지만 활성화 에너지 장벽이 매우 높아서 STP에서는 매우 느리게 일어나는 현상이다. 상도표에서 탄소의 저압, 저온 상태는 실험적으로 정확히 확인되지 않았지만, 밀도 함수 이론을 통한 연구를 통해 0 K, 0 Pa에서 다이아몬드가 흑연보다 1.1 kJ·mol−1 더 안정하다는 사실을 밝혀냈다.[33] 특정 조건에서 탄소는 다이아몬드처럼 모든 원자가 공유결합된 육방 결정 격자인 론스달레이트 상을 가진다.[24]
효소
효소에 따라서는 반응에 필요한 보조 분자들이 있어야만 하는 경우가 있다.[10] 이러한 보조 분자에는 금속이온과 같은 무기화합물과 유기화합물이 포함된다. 이러한 분자들의 양을 조절함으로써, 화학 반응을 조절할 수 있다.[11] (일반적으로 비타민들이 사람의 물질대사 과정에서 조효소로 작동한다.) 조효소들은 연속적으로 일어나야 하는 반응을 중간에서 연결시켜줌으로써, 복잡한 반응을 순서대로 일으킬 수 있다.
나트륨-22
나트륨-22(Na) 또는 소듐-22는 나트륨 동위 원소의 일종으로, 원자핵이 양성자 11개와 중성자 11개로 구성되어 있다. 나트륨의 방사성 동위 원소 중에서는 가장 반감기가 긴 동위 원소이며, 약 2.6년의 반감기를 거쳐 네온-22로 베타 붕괴한다.
네온 동위 원소
네온은 Ne, Ne, Ne의 3가지 안정 동위 원소가 있으며, 원자량 16~34 사이에 반감기가 비교적 짧은 방사성 동위 원소 16가지가 알려져 있다. 이들 중 가장 안정한 것은 Ne로 반감기가 3.38분이며, 나머지 동위 원소는 모두 반감기가 1분 미만이다.
SN2 반응
용매도 친핵체 주위에 많고 결합하려는 탄소 원자에 친핵체가 접근하는 것을 방해할지 방해 여부에 영향을 주어 반응 속도에 영향을 미친다. 양성자성 용매보다는 테트라하이드로푸란(THF) 같은 비양성자성 극성 용매가 용매로 바람직하다. 양성자성 용매는 친핵체와 수소 결합을 형성해서 이탈기와 결합한 탄소를 공격하는 것을 방해하기 때문이다. 유전율이 낮고 분자 간 힘이 작은 비양성자성 극성 용매는 친핵성 치환 반응에서는 S2반응을 일으키기 쉽다. 이러한 용매로는 DMSO나 DMF, 아세톤 등이 있다. 비양성자성 극성 용매에서 친핵체의 힘은 그 염기의 세기에 대응하고 있다.
헬륨
헬륨(, ←)은 화학 원소로, He(←)이고 원자번호는 2이다. 질량수가 3인 3He과 4인 4He이 있다. 화학 원소 중 끓는점이 가장 낮으며, 상압에서는 영점에너지로 인하여 절대영도에서도 액체로 존재할 수 있는 유일한 원소다. 단, 액체 헬륨의 동위원소는 일정한 온도 및 압력 하에서 고체로 존재할 수 있다. 기체, 액체, 고체가 공존하는 3중점이 없는 유일한 원소이다.
리튬
Li 이온의 높은 전하 밀도와 그에 비례해 역시 높은 질화 리튬의 격자 에너지에 의해 이 반응이 가능하다. 리튬은 표준 환원 전위는 −3,04 V이며, 이는 모든 원소 중의 최저치를 기록한다.
단원자 분자
단원자 분자(單原子分子)는 원자 하나로도 분자의 성질을 갖는 분자를 말하며, 일원자 분자(一原子分子)라고도 한다. 주로 헬륨, 네온, 아르곤 등의 다른 원자와의 반응성이 적은 비활성 기체가 단원자 분자를 이룬다.
라돈 동위 원소
라돈은 원자량 193에서 231 사이에 총 39개의 동위 원소가 알려져 있다. 이들 중 가장 안정한 것은 3.823일의 반감기를 가지는 Rn이다. Rn, Rn, Rn, Rn의 네 가지 동위 원소는 자연에 미량 존재하며, 각각 At, Ra, Ra, Ra의 붕괴 생성물이다. Rn과 Rn는 U 붕괴 계열의 중간 생성 물질이며, Rn는 U의 붕괴 계열, Rn은 Th의 붕괴 계열 상에 각각 위치한다.
스칸듐 동위 원소
스칸듐은 자연에서 한 가지 안정 동위 원소(Sc)로만 구성되어 있으며, 이 밖에 원자량 36~60 사이에 24가지의 방사성 동위 원소와 10가지의 이성질핵이 알려져 있다. 이들 중 가장 안정한 것은 Sc으로, 반감기는 약 83.8일이다. 그 다음으로는 Sc(반감기 3.35일)과 Sc(반감기 43.7시간)이 있다. 이밖의 방사성 동위 원소들은 모두 반감기가 4시간 이하이며, 대부분은 2분 이하이다. 원자량 39 미만인 동위 원소들의 반감기는 알려져 있지 않다.
아르곤 동위 원소
아르곤은 원자량 30~53 사이에 24가지의 동위 원소와 1가지의 이성질핵(Ar)이 발견되어 있다. 이들 중 안정 동위 원소는 Ar, Ar, Ar이다. 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 것은 Ar로 반감기는 약 269년이며, 그 다음은 Ar(반감기 32.9년), Ar(반감기 35.04일)이다. 이밖의 동위 원소는 모두 반감기가 2시간 이하이며, 대부분은 1분 이하이다. 가장 불안정한 동위 원소는 Ar로 반감기는 20나노초 미만이다.
라돈
라돈은 무색, 무미 무취의 성질을 가진 기체로써 사람의 어떠한 감각 기관으로 감지가 불가능하다. 표준 온도 압력에서 라돈은 비활성기체의 성질을 지니며, 밀도는 9.73 kg/m로 지구 대기(해수면에서 밀도 1.217 kg/m)의 약 8배에 해당한다. 이로인해 라돈은 상온에서 제일 밀도 높은 비활성기체이다. 라돈의 끓는점은 -61.8℃이며, 녹는점은 -71℃ 이고 녹는점에서 노란색 방사성 발광을 시작하며, 액화 공기의 온도인 -195℃에서는 홍색 빛을 내게 된다.
라듐
라듐(←, ←)은 화학 원소로 원소기호는 Ra(←), 원자번호는 88이다. 알칼리 토금속에 속하는 원소 중에서 가장 무거운 원소이고 안정동위체는 존재하지 않는다.(천연상태에서는 4종류의 동위체가 존재한다.) 은과 같은 흰색 계통 금속으로 방사성이 매우 강하다. 26개 이상의 동위원소가 있는데, 모두 방사성을 띤다. 라듐은 주로 우라늄과 토륨 광석에 미량 들어 있다. 프랑스의 물리학자인 퀴리 부부와 공동 연구자인 베몽이 1898년에 우라늄 광석인 피치블렌드에서 라듐을 발견했다. 질량수는 226.025u, 녹는점 973K(700℃, 1292℉), 끓는점 2000K(1737℃, 3159℉), 밀도는 실온에서 약 5.5g/cm이다. 덧붙여 라듐 224, 226, 228은 WHO의 하부기관 IARC에서 발암성이 있다고(Type1) 권고되고 있다.
라듐 동위 원소
라듐은 안정 동위 원소가 존재하지 않으며, 오직 방사성 동위 원소로만 구성되어 있다. 따라서, 라듐의 표준 원자량은 정해져 있지 않다. 자연에서 가장 흔하고 반감기가 가장 긴 라듐 동위 원소는 Ra으로 반감기는 약 1600년이며, U의 붕괴 계열 상에 위치한다. 이 밖에 라듐은 원자량 202에서 234 사이에 총 33개의 동위 원소가 알려져 있다.
칼슘
칼슘은 가장 바깥의 원자가 전자 2개를 잃으려는 성질이 있어 주로 +2의 산화수를 가지며, 같은 이유로 반응성이 커서 산소나 물과 쉽게 반응하기 때문에 자연에서는 순수한 형태로 발견되지 않는다. 순수한 금속을 공기 중에 노출시키면 산소와 질소와 반응하여 각각 산화물(CaO)과 질화물(CaN)이 생성되어 표면에 회백색의 막이 생긴다. 물과 반응시키면 수소 기체를 발생시키며, 이 때 생성되는 수산화 칼슘으로 인해 반응이 느려져 열을 많이 발생시키지 않으므로 수소 기체를 생산하는 데 이 방법을 사용한다. 그러나 분말 형태로 반응시키면 표면적이 증가함에 따라 반응도 매우 급격해지며, 수산화 칼슘을 녹일 수 있는 산성 용액에서도 반응 속도가 매우 빠르다.할로젠이나 산소족 원소들과 반응하면 이온 결합 화합물을 형성하며, 수소화물(CaH)도 알려져 있다.
아이오딘 동위 원소
가장 수명이 긴 방사성 동위 원소는 I로, 반감기는 1570만년이나 된다. 우주선 등에 의해 생성되는 I의 양은 매우 미미해서, 자연 상태로 존재하는 아이오딘은 거의 대부분이 I이다.
반응저항
반응저항(反應抵抗, )은 교류 회로에서 코일과 축전기에 의해 발생하는 전기 저항과 유사한 역할을 하는 물리량이며, 온저항의 허수 성분이다. 반응저항은 전기저항과 유사한 역할을 하지만 전력을 소모하지 않는다. 국제 단위는 옴이다.
마이트너륨 동위 원소
마이트너륨은 인공 원소로, 표준 원자량은 정해져 있지 않으며 안정 동위 원소가 존재하지 않는다. 처음으로 발견된 동위 원소는 Mt으로, 1982년에 합성되었다. Mt은 유일하게 직접 합성이 가능한 동위 원소로, 나머지 동위 원소들은 모두 원자 번호가 더 큰 화학 원소들의 붕괴 생성물로 존재한다. 마이트너륨은 원자량 266에서 278 사이에 총 8개의 방사성 동위 원소와 2개의 이성질핵이 발견되었으며, 이들 중 가장 안정한 것은 약 8초의 반감기를 가지는 Mt이다.
방사성 붕괴
한편, 외부에서 에너지를 가해 주지 않아도 본래 원자의 상태가 불안정한 원소들이 있는데, 이들 원소를 방사성핵종(방사성물질)이라고 한다. 이들 방사성핵종의 원자핵이 불안정한 상태에서 안정한 상태의 원자핵으로 바뀌는 현상이 방사성 붕괴이다. 방사성핵종들은 자연 상태에서는 일정한 시간이 지나면 그 양이 원래 원자의 개수에서 절반으로 줄어드는 특성이 있다. 그렇게 반감되는 시간을 '반감기'라고 하며, 방사성핵종마다 고유한 반감기를 가진다. 반감기(T)는 formula_1 으로 구할 수 있다.
우라늄 동위 원소
천연 동위 원소로 자연계에 가장 많이 존재하는데 반감기가 44억 6800만년이나 되기 때문이다. 태양계의 역사보다 1억 400만년 짧은 반감기를 가지고 있기 때문에 태초의 우라늄-238의 양과 비교하면 아직도 49%나 남아있다. 우라늄-238은 우라늄 동위체의 99.28%나 존재하며 핵연료의 희석제로 쓰인다. 고속중성자(자원중성자)를 이용하면 많은 비율을 플루토늄-239로 바꿀 수 있기 때문에 기대되는 동위체이다. 열중성자로에서도 많은 양의 우라늄-238이 중성자를 흡수하여 대량의 플루토늄-239를 형성하고 실제로 원자로의 에너지의 26%는 플루토늄-239의 핵분열로 생성된다.
리튬 동위 원소
리튬은 자연에서 Li(존재 비율 7.6%)과 Li(존재 비율 92.4%)의 두 가지 안정 동위 원소로 구성되어 있으며 원자량 3에서 12 사이에 8개의 방사성 동위 원소와 2개의 이성질핵이 존재한다. 이들 중 비교적 안정한 것은 Li(반감기 838밀리초), Li(반감기 178밀리초), Li(반감기 8.6밀리초) 등이다. 나머지 리튬 동위 원소들은 모두 반감기가 10나노초 미만이다. 현재까지 Li의 반감기는 알려져 있지 않다.
수소 결합
상대적으로  electronegative atom(전기적 양성원자는 다른 원자에서 결합된 전자 쌍을 끌어당길 수 있는 원자이다. 불소는 가장 전기 양성적인 원소이다.) 에 부착된 수소 원자는 수소 결합체의 역할을 한다. 이electronegative atom 은 보통 불소, 산소 또는 질소이다.
은
이들 중 반감기가 가장 긴 원소는 108mAg으로 418년의 반감기를 가지고 있다.
탄소
탄소는 흑연, 다이아몬드, 비정질 탄소 같은 다양한 동소체를 가지고 있다. [4] 탄소의 물리적 성질은 동소체에 따라 다르다. 예를 들면, 흑연은 불투명한 검은색이지만 다이아몬드는 매우 투명하다. 흑연은 종이에다 이름을 적을 수 있을 정도로 연하지만 다이아몬드는 천연물 중에서는 가장 단단한 물질이다. 흑연은 좋은 전기 전도체이지만 다이아몬드는 전기 전도도가 낮다. 일반적으로 다이아몬드, 탄소 나노 튜브, 흑연은 알려진 모든 물질 중에서 가장 높은 열전도율을 가진다. 모든 탄소 동소체들은 상온에서 고체이며, 흑연은 열역학으로 가장 안정한 구조이다. 또한 화학적 저항력이 강하며, 반응성이 큰 산소와 반응할 때도 고온이 필요하다.
가돌리늄
자연에는 가돌리늄의 안정한 동위 원소 여섯 가지(Gd,Gd,Gd,Gd,Gd,Gd)가 존재하고 1가지의 방사성 동위 원소(Gd)가 존재한다. 이 중 가장 많은 것은 Gd으로 존재 비율은 24.84%이다. 29종류의 방사성 동위 원소가 알려져 있는데 이 중 가장 안정한 것은 Gd으로 1.08×10년의 반감기를 거쳐 알파 붕괴한다. Gd은 1.79×10년의 반감기를 가진다. 이외의 방사성 동위 원소들은 반감기가 74.7년 이하이다.
SN2 반응
기질이 반응 속도를 정하는 데 가장 큰 역할을 하고 있다. 이것은 친핵체가 기질을 뒤에서 공격하고 이탈기의 결합을 절단하고 친핵체의 결합을 만들기 때문이다. 때문에 S2 반응의 반응 속도를 최대로 하려면 기질의 뒤쪽의 입체 장애가 될수록 적어지도록 해야 한다. 이는 메틸기의 탄소나 1차 탄소가 반응할 경우 가장 속도가 빠르고 2차 탄소가 반응하는 경우는 이보다 늦다. 3차 탄소는 입체 장애가 커서 S2 반응은 일어나지 않는다. 이탈기가 빠질때, 공명 안정화 등에 의해 안정한 탄소양이온이 생성될 경우, S2 반응 대신 S1 반응이 일어난다.
비활성기체에 의한 질식
비활성기체는 냄새와 맛 색깔이 없고 반응성이 없는 기체로서 일반적인 경우 인체에 특별한 해독을 끼치지는 않으나, 일반적인 공기 함량과 달리, 비활성기체로만 이루어진 가스를 사람이 들이마시게 되면, 호흡에 필요한 산소가 결핍되어 저산소증을 일으키게 되고, 심하면 사망할 수 있다. 일반적인 질식과 달리, 비활성기체에 의한 질식은 수중 또는 유독가스등에 의한 질식의 고통과 이에 동반되는 공황장애를 일으키는 일 없이 신속하게 진행되는데, 이는 인체에 비활성기체를 감지하는 시스템이 부재하기 때문이다. 예컨데, 숨을 참을 때 느껴지는 질식의 고통은 혈액 속의 탄산농도와 관련있으며, 이는 산소호흡의 노폐물인 이산화탄소에 우리 몸이 민감하게 반응하기 때문이다. 대표적인 비활성기체에는 18족 원소에 속하는 헬륨,아르곤,네온등이 있으며, 여기에 질소를 포함한다. 특히 양이나 가격면에서 흔히 접할 수 있는 것은 질소,헬륨,아르곤 등이다. 비활성기체에 의한 질식은 가축도살등의 용도로 쓰여 왔으며, 산업재해로 숨지는 사고가 매년 발생한다. 고통없이 죽음에 이르게 할 수 있는 인간적인 사형방법의 하나로서 제안되었으며 또한 자살방법으로도 쓰이고 있다. 질소와 아르곤은 공기를 구성하는 주요물질이기도 하며, 질소는 공기 중의 78% 아르곤은 대략 1%정도를 차지한다.
탈륨
탈륨은 원자량 184에서 210 사이에 25가지의 동위 원소가 존재한다. 이들 중 Tl과 Tl만이 안정 동위 원소이며, 탈륨의 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 것은 Tl으로 반감기가 약 3.78년이다.
철 동위 원소
철-58(Fe)은 철 동위 원소 중 핵자간 결합 에너지가 가장 높지만 양이 매우 적다. 핵융합 과정에서는 철-54가 최종 생성되며 다음 생성물은 니켈-58이 된다.
따라서 철-58이 초신성 폭발의 R-과정을 통해 대부분이 생성되고 소량이 S-과정을 통해 생성된 원소이며 핵융합으로 인해 생성된 철-58은 매우 미량이다.
코페르니슘 동위 원소
코페르니슘(Cn)은 인공 원소로, 안정 동위 원소가 존재하지 않는다. 1996년 처음으로 Cn이 합성되었다. 현재 6 종류의 방사성 동위 원소가 알려져 있으며, 2 종류의 이성질핵 가능성이 있다. 가장 수명이 긴 동위 원소는 Cn으로, 반감기는 29초이다.
멘델레예프가 예측한 원소들
1902년, 헬륨(helium)과 아르곤(argon)의 발견으로 멘델레예프는 이러한 비활성 기체들을 0족으로 분류하였다. 당시 멘델레예프는 일정 성분비의 법칙을 설명하는 원자론에 대해 의심을 품고 있는 상태였기 때문에 수소(hydrogen)가 원소들 중 가장 가벼운 원소라고 믿을 이유가 없었으며, 0족 원소들 중 아직 발견이 되지 않은 어떤 원소가 수소보다 가벼울 수 있음을 주장하였다.
핵연료
3세대 핵융합 연료는 첫 번째 반응에만 연료가 필요하지, 부수적인 반응은 그리 중요하지 않다. 이 방식도 중성자를 방출하지만, 엄청나게 적은 양으로 핵융합로가 덜 방사능으로 바뀌게 된다. 종종 이 방식을 핵융합 연구의 최종 목표로 삼는다. He는 맥스웰 반응도가 제일 높은 3세대 핵융합 연료이다. 또한 발생되는 양성자는 그 자체의 움직임이 전류이기 때문에 에너지 손실 없이 바로 전기로 사용할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 그러나, 지구의 지각엔 헬륨 3이 별로 존재하지 않는다. 최근 연구에서 달 지각에 헬륨 3이 다수 분포하는 것이 확인되어, 달 지각에서 헬륨 3를 채광해 오겠다고 선언한 기업도 있다.
제어봉
원자로의 반응도를 제어하는 다른 방법으로는 화학적 독물질(chemical shim)이 있는데, 이것은 냉각재에 중성자를 잘 흡수하는 물질을 섞어 놓은 것으로, 대표적으로 붕산(H₃BO₃)이 있다. 제어봉에 비해 반응속도가 느려서 장기적인 반응도를 제어하려는 목적으로 쓰이고, 노심 전체에 균일하게 분포되므로 원자로 내의 중성자 분포를 균일하게 유지할 수 있다.
비등수형 원자로(BWR)는 원자로의 정지 및 출력제어에 사용되는 제어봉 설계에서 다른 원자로와 특히 구별된다. 즉, 가압수형 원자로(PWR)의 제어봉 집합체는 원자로 위에 있어 노심 상부에서부터 삽입되지만 비등수형 원자로(BWR)는 원자로 상부에 증기분리기 등이 있기 때문에 제어봉 집합체는 원자로 하부에 있으며; 노심 하부에서부터 고압의 유압계통에 의해 삽입된다. 또한, 비등수형 원자로(BWR)에는 Torus 또는 Suppression Pool이 존재하는데, 이는 원자로나 원자로 재순환 계통으로부터 많은 양의 증기가 방출되는 사고가 발생하였을 때 방출된 열을 제거하는데 사용된다. 체르노빌 원자력 발전소에는 200개의 제어봉이 있었다.