Список элементов по стабильности изотопов - List of elements by stability of isotopes
Эта статья ведущий раздел может быть слишком длинным для статьи.Апрель 2019) ( |
Атомные ядра состоит из протоны и нейтроны, которые притягиваются друг к другу через ядерная сила, а протоны отталкиваются друг от друга через электрическая сила из-за их положительного обвинять. Эти две силы конкурируют, что приводит к тому, что некоторые комбинации нейтронов и протонов более стабильны, чем другие. Нейтроны стабилизируют ядро, потому что они притягивают протоны, что помогает компенсировать электрическое отталкивание между протонами. В результате с увеличением количества протонов увеличивается отношение нейтронов к протонам необходим для образования стабильного ядра; если присутствует слишком много или слишком мало нейтронов относительно оптимального отношения, ядро становится нестабильным и подвержено определенным типам ядерный распад. Нестабильные изотопы распадаются через различные пути радиоактивного распада, Наиболее часто альфа-распад, бета-распад, или же захват электронов. Многие редкие типы распада, такие как спонтанное деление или же кластерный распад, известны. (Видеть Радиоактивный распад для подробностей.)
Из первых 82 элементов в периодическая таблица, 80 имеют изотопы считается стабильным.[1] 83-й элемент, висмут, традиционно считался самым тяжелым стабильным изотопом, висмут-209, но в 2003 г. исследователи в Орсе Франция, измерила период полураспада из 209
Би
быть 1.9×1019 годы.[2][3] Технеций и прометий (атомные номера 43 и 61 соответственно[а]), а все элементы с атомным номером более 82 имеют только изотопы, которые, как известно, разлагаются через радиоактивный распад. Ожидается, что неоткрытые элементы будут стабильными; следовательно, вести считается самым тяжелым стабильным элементом. Однако возможно, что некоторые изотопы, которые сейчас считаются стабильными, будут распадаться с чрезвычайно долгим периодом полураспада (как в случае с 209
Би
). В этом списке отражено то, что было согласовано научным сообществом по состоянию на 2019 год.[1]
Для каждого из 80 стабильных элементов указано количество стабильных изотопов. Ожидается, что только 90 изотопов будут совершенно стабильными, а еще 162 изотопа являются энергетически нестабильными.[нужна цитата ] но никогда не наблюдалось разложения. Таким образом, 252 изотопа (нуклиды ) находятся стабильный по определению (включая тантал-180m, распад которого еще не наблюдался). Ожидается, что период полураспада тех, которые в будущем могут быть обнаружены как радиоактивные, превышает 10.22 лет (например ксенон-134).[нужна цитата ]
В апреле 2019 года было объявлено, что период полураспада ксенона-124 составляет 1,8 × 10.22 годы. Это самый продолжительный период полураспада, измеренный непосредственно для любого нестабильного изотопа;[4] только период полураспада теллура-128 больше.
Из химических элементов только один элемент (банка ) имеет 10 таких стабильных изотопов, пять - семь изотопов, восемь - шесть изотопов, десять - пять изотопов, девять - четыре изотопа, пять - три стабильных изотопа, 16 - два стабильных изотопа и 26 - один стабильный изотоп.[1]
Кроме того, около 30 нуклидов встречающихся в природе элементов имеют нестабильные изотопы с периодом полураспада, превышающим возраст человека. Солнечная система (~109 лет и более).[b] Еще четыре нуклида имеют период полураспада более 100 миллионов лет, что намного меньше возраста Солнечной системы, но достаточно долгое, чтобы некоторые из них выжили. Эти 34 радиоактивных нуклида природного происхождения составляют радиоактивный первичные нуклиды. Общее количество первичных нуклидов тогда составляет 252 (стабильные нуклиды). плюс 34 радиоактивных первичных нуклида, для общий 286 первичных нуклидов. Это число может измениться, если на Земле будут обнаружены новые, более короткоживущие первобытные существа.
Один из первичных нуклидов - это тантал-180м, период полураспада которого, по прогнозам, превышает 1015 лет, но никогда не наблюдалось разложения. Еще более длительный период полураспада 2,2 × 1024 лет теллур-128 был измерен уникальным методом обнаружения его радиогенной дочерней ксенон-128 и является самым длинным из известных экспериментально измеренных периодов полураспада.[5] Другой примечательный пример - единственный встречающийся в природе изотоп висмута, висмут-209, который был предсказан как нестабильный с очень длинным периодом полураспада, но, как было обнаружено, распадается. Из-за своего длительного периода полураспада такие изотопы до сих пор встречаются на Земле в различных количествах, и вместе со стабильными изотопами их называют первичный изотоп. Все первичные изотопы приведены в порядке убывания изобилие на Земле.[c]. Список первичных нуклидов в порядке полураспада см. Список нуклидов.
118 химические элементы известно о существовании. Все элементы 94-го элемента встречаются в природе, а остальная часть обнаруженные элементы производятся искусственно, а изотопы, как известно, очень радиоактивный с относительно коротким периодом полураспада (см. ниже). Элементы в этом списке упорядочены по времени жизни их наиболее стабильного изотопа.[1] Из них три элемента (висмут, торий, и уран ) являются изначальными, потому что их период полураспада достаточно велик, чтобы их можно было найти на Земле,[d] в то время как все остальные производятся либо радиоактивный распад или синтезированный в лабораториях и ядерные реакторы. Только 13 из 38 известных, но нестабильных элементов имеют изотопы с периодом полураспада не менее 100 лет. Все известные изотопы оставшихся 25 элементов очень радиоактивны; они используются в академических исследованиях, а иногда и в промышленности и медицине.[e] Некоторые из более тяжелых элементов периодической таблицы могут иметь еще не обнаруженные изотопы с более длительным временем жизни, чем перечисленные здесь.[f]
Около 338 нуклидов естественным образом обнаружены на Земле. Они включают 252 стабильных изотопа, а с добавлением 34 долгоживущих радиоизотопов с периодом полураспада более 100 миллионов лет, всего 286 первичные нуклиды, как указано выше. Найденные в природе нуклиды включают не только 286 первичных соединений, но также включают еще около 52 короткоживущих изотопов (с периодом полураспада менее 100 миллионов лет, слишком коротким, чтобы выжить с момента образования Земли), которые являются дочерями первичные изотопы (такие как радий из уран ); или же созданы в результате энергетических естественных процессов, таких как углерод-14 изготовлен из атмосферного азота путем бомбардировки из космические лучи.
Элементы по количеству первичных изотопов
An четное количество протонов или нейтронов стабильнее (выше энергия связи ) потому что парные эффекты, так что даже - даже нуклиды намного более стабильны, чем нечетные – нечетные. Один из эффектов заключается в том, что существует несколько стабильных нечетно-нечетных нуклидов: на самом деле стабильными являются только пять, а еще четыре имеют период полураспада более миллиарда лет.
Другой эффект заключается в предотвращении бета-распада многих четно-четных нуклидов на другой четно-четный нуклид с тем же массовым числом, но с меньшей энергией, потому что распад, происходящий шаг за шагом, должен был бы проходить через нечетно-нечетный нуклид с большей энергией. (Двойной бета-распад непосредственно от четного-четного к четному-четному, пропуская нечетно-нечетный нуклид, возможен только изредка, и этот процесс настолько сильно затруднен, что имеет период полураспада более чем в миллиард раз больше возраст вселенной.) Это приводит к большему количеству стабильных четно-четных нуклидов, до трех для некоторых массовых чисел, и до семи для некоторых атомных (протонных) номеров и не менее четырех для всех стабильных четныхZ элементы за пределами утюг.
Поскольку ядро с нечетным числом протонов относительно менее стабильно, элементы с нечетными номерами обычно имеют меньше стабильных изотопов. Из 26 "моноизотопный "элементы, которые имеют только один стабильный изотоп, все, кроме одного, имеют нечетный атомный номер - единственным исключением является бериллий. Кроме того, ни один элемент с нечетным номером не имеет более двух стабильных изотопов, в то время как каждый элемент с четным номером со стабильными изотопами, за исключением гелия, бериллия и углерода, имеет как минимум три.
Столы
В следующих таблицах приведены элементы с первичные нуклиды, что означает, что элемент все еще может быть идентифицирован на Земле из естественных источников, поскольку он присутствовал с тех пор, как Земля была сформирована из солнечной туманности. Таким образом, ни одна из них не является более короткоживущими дочерями более долгоживущих родительских первобытных существ, таких как радон. Два нуклида с периодом полураспада, достаточным для того, чтобы быть первичными, но еще не были окончательно обнаружены как таковые (244Pu и 146Sm), были исключены.
Таблицы элементов отсортированы в порядке убывания количества нуклидов, связанных с каждым элементом. (Список, полностью отсортированный по периодам полураспада нуклидов со смешением элементов, см. Список нуклидов.) Стабильный и нестабильный (отмечен распадается) нуклиды даны, а символы нестабильных (радиоактивных) нуклидов выделены курсивом. Обратите внимание, что сортировка не совсем дает элементы только в порядке стабильных нуклидов, поскольку некоторые элементы имеют большее количество долгоживущих нестабильных нуклидов, что ставит их впереди элементов с большим количеством стабильных нуклидов. По соглашению, нуклиды считаются «стабильными», если их распад никогда не наблюдался экспериментально или из наблюдений продуктов распада (чрезвычайно долгоживущие нуклиды, нестабильные только в теории, такие как тантал-180m, считаются стабильными).
Первая таблица предназначена для четно-атомный номер элементы, которые, как правило, содержат гораздо больше первичных нуклидов из-за стабильности, обеспечиваемой протон-протонным спариванием. Вторая отдельная таблица дана для элементов с нечетными атомными номерами, которые, как правило, имеют гораздо меньше стабильных и долгоживущих (первичных) нестабильных нуклидов.
Z | Элемент | Стабильный [1] | Распада [b][1] | нестабильный курсивом[b] странный число нейтронов в розовом | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
50 | банка | 10 | — | 120 Sn | 118 Sn | 116 Sn | 119 Sn | 117 Sn | 124 Sn | 122 Sn | 112 Sn | 114 Sn | 115 Sn |
54 | ксенон | 7 | 2 | 132 Xe | 129 Xe | 131 Xe | 134 Xe | 136 Xe | 130 Xe | 128 Xe | 124 Xe | 126 Xe | |
48 | кадмий | 6 | 2 | 114 CD | 112 CD | 111 CD | 110 CD | 113 CD | 116 CD | 106 CD | 108 CD | ||
52 | теллур | 6 | 2 | 130 Te | 128 Te | 126 Te | 125 Te | 124 Te | 122 Te | 123 Te | 120 Te | ||
44 | рутений | 7 | — | 102 RU | 104 RU | 101 RU | 99 RU | 100 RU | 96 RU | 98 RU | |||
66 | диспрозий | 7 | — | 164 Dy | 162 Dy | 163 Dy | 161 Dy | 160 Dy | 158 Dy | 156 Dy | |||
70 | иттербий | 7 | — | 174 Yb | 172 Yb | 173 Yb | 171 Yb | 176 Yb | 170 Yb | 168 Yb | |||
80 | Меркурий | 7 | — | 202 Hg | 200 Hg | 199 Hg | 201 Hg | 198 Hg | 204 Hg | 196 Hg | |||
42 | молибден | 6 | 1 | 98 Пн | 96 Пн | 95 Пн | 92 Пн | 100 Пн | 97 Пн | 94 Пн | |||
56 | барий | 6 | 1 | 138 Ба | 137 Ба | 136 Ба | 135 Ба | 134 Ба | 132 Ба | 130 Ба | |||
64 | гадолиний | 6 | 1 | 158 Б-г | 160 Б-г | 156 Б-г | 157 Б-г | 155 Б-г | 154 Б-г | 152 Б-г | |||
76 | осмий | 6 | 1 | 192 Операционные системы | 190 Операционные системы | 189 Операционные системы | 188 Операционные системы | 187 Операционные системы | 186 Операционные системы | 184 Операционные системы | |||
60 | неодим | 5 | 2 | 142 Nd | 144 Nd | 146 Nd | 143 Nd | 145 Nd | 148 Nd | 150 Nd | |||
62 | самарий | 5 | 2 | 152 См | 154 См | 147 См | 149 См | 148 См | 150 См | 144 См | |||
46 | палладий | 6 | — | 106 Pd | 108 Pd | 105 Pd | 110 Pd | 104 Pd | 102 Pd | ||||
68 | эрбий | 6 | — | 166 Э | 168 Э | 167 Э | 170 Э | 164 Э | 162 Э | ||||
20 | кальций | 5 | 1 | 40 Ca | 44 Ca | 42 Ca | 48 Ca | 43 Ca | 46 Ca | ||||
34 | селен | 5 | 1 | 80 Se | 78 Se | 76 Se | 82 Se | 77 Se | 74 Se | ||||
36 | криптон | 5 | 1 | 84 Kr | 86 Kr | 82 Kr | 83 Kr | 80 Kr | 78 Kr | ||||
72 | гафний | 5 | 1 | 180 Hf | 178 Hf | 177 Hf | 179 Hf | 176 Hf | 174 Hf | ||||
78 | платина | 5 | 1 | 195 Pt | 194 Pt | 196 Pt | 198 Pt | 192 Pt | 190 Pt | ||||
22 | титан | 5 | — | 48 Ti | 46 Ti | 47 Ti | 49 Ti | 50 Ti | |||||
28 | никель | 5 | — | 58 Ni | 60 Ni | 62 Ni | 61 Ni | 64 Ni | |||||
30 | цинк | 5 | — | 64 Zn | 66 Zn | 68 Zn | 67 Zn | 70 Zn | |||||
32 | германий | 4 | 1 | 74 Ge | 72 Ge | 70 Ge | 73 Ge | 76 Ge | |||||
40 | цирконий | 4 | 1 | 90 Zr | 94 Zr | 92 Zr | 91 Zr | 96 Zr | |||||
74 | вольфрам | 4 | 1 | 184 W | 186 W | 182 W | 183 W | 180 W | |||||
16 | сера | 4 | — | 32 S | 34 S | 33 S | 36 S | ||||||
24 | хром | 4 | — | 52 Cr | 53 Cr | 50 Cr | 54 Cr | ||||||
26 | утюг | 4 | — | 56 Fe | 54 Fe | 57 Fe | 58 Fe | ||||||
38 | стронций | 4 | — | 88 Sr | 86 Sr | 87 Sr | 84 Sr | ||||||
58 | церий | 4 | — | 140 Ce | 142 Ce | 138 Ce | 136 Ce | ||||||
82 | вести | 4 | — | 208 Pb | 206 Pb | 207 Pb | 204 Pb | ||||||
8 | кислород | 3 | — | 16 О | 18 О | 17 О | |||||||
10 | неон | 3 | — | 20 Ne | 22 Ne | 21 Ne | |||||||
12 | магний | 3 | — | 24 Mg | 26 Mg | 25 Mg | |||||||
14 | кремний | 3 | — | 28 Si | 29 Si | 30 Si | |||||||
18 | аргон | 3 | — | 40 Ar | 36 Ar | 38 Ar | |||||||
2 | гелий | 2 | — | 4 Он | 3 Он | ||||||||
6 | углерод | 2 | — | 12 C | 13 C | ||||||||
92 | уран | 0 | 2 | 238 U [d] | 235 U | ||||||||
4 | бериллий | 1 | — | 9 Быть | |||||||||
90 | торий | 0 | 1 | 232 Чт [d] |
Z | Элемент | Удар | Декабрь | нестабильный: курсив странный N в розовом | ||
---|---|---|---|---|---|---|
19 | калий | 2 | 1 | 39 K | 41 K | 40 K |
1 | водород | 2 | — | 1 ЧАС | 2 ЧАС | |
3 | литий | 2 | — | 7 Ли | 6 Ли | |
5 | бор | 2 | — | 11 B | 10 B | |
7 | азот | 2 | — | 14 N | 15 N | |
17 | хлор | 2 | — | 35 Cl | 37 Cl | |
29 | медь | 2 | — | 63 Cu | 65 Cu | |
31 | галлий | 2 | — | 69 Ga | 71 Ga | |
35 | бром | 2 | — | 79 Br | 81 Br | |
47 | серебро | 2 | — | 107 Ag | 109 Ag | |
51 | сурьма | 2 | — | 121 Sb | 123 Sb | |
73 | тантал | 2 | — | 181 Та | 180 м Та | |
77 | иридий | 2 | — | 193 Ir | 191 Ir | |
81 | таллий | 2 | — | 205 Tl | 203 Tl | |
23 | ванадий | 1 | 1 | 51 V | 50 V | |
37 | рубидий | 1 | 1 | 85 Руб. | 87 Руб. | |
49 | индий | 1 | 1 | 115 В | 113 В | |
57 | лантан | 1 | 1 | 139 Ла | 138 Ла | |
63 | европий | 1 | 1 | 153 Европа | 151 Европа | |
71 | лютеций | 1 | 1 | 175 Лу | 176 Лу | |
75 | рений | 1 | 1 | 187 Re | 185 Re | |
9 | фтор | 1 | — | 19 F | ||
11 | натрий | 1 | — | 23 Na | ||
13 | алюминий | 1 | — | 27 Al | ||
15 | фосфор | 1 | — | 31 п | ||
21 | скандий | 1 | — | 45 Sc | ||
25 | марганец | 1 | — | 55 Mn | ||
27 | кобальт | 1 | — | 59 Co | ||
33 | мышьяк | 1 | — | 75 В качестве | ||
39 | иттрий | 1 | — | 89 Y | ||
41 | ниобий | 1 | — | 93 Nb | ||
45 | родий | 1 | — | 103 Rh | ||
53 | йод | 1 | — | 127 я | ||
55 | цезий | 1 | — | 133 CS | ||
59 | празеодим | 1 | — | 141 Pr | ||
65 | тербий | 1 | — | 159 Tb | ||
67 | гольмий | 1 | — | 165 Хо | ||
69 | тулий | 1 | — | 169 Тм | ||
79 | золото | 1 | — | 197 Au | ||
83 | висмут | 0 | 1 | 209 Би |
Элементы без первичных изотопов
Z | Элемент | т1⁄2[грамм][1] | Самый длинный- жил изотоп |
---|---|---|---|
94 | плутоний | 8.08×107 год | 244 Пу |
96 | кюрий | 1.56×107 год | 247 См |
43 | технеций | 4.21×106 год | 97 Tc [а] |
93 | нептуний | 2.14×106 год | 237 Np |
91 | протактиний | 32 760 лет | 231 Па |
95 | америций | 7 370 лет | 243 Являюсь |
88 | радий | 1600 лет | 226 Ра |
97 | берклий | 1380 лет | 247 Bk |
98 | калифорний | 900 лет | 251 Cf |
84 | полоний | 125 лет | 209 По |
89 | актиний | 21,772 г. | 227 Ac |
61 | прометий | 17,7 года | 145 Вечера [а] |
99 | эйнштейний | 1.293 года | 252 Es [f] |
100 | фермий | 100.5 d | 257 FM [f] |
101 | менделевий | 51,3 г | 258 Мкр [f] |
86 | радон | 3,823 д | 222 Rn |
105 | дубний | 1,2 дн | 268 Db [f] |
Z | Элемент | т1⁄2[грамм][1] | Самый длинный- жил изотоп |
---|---|---|---|
103 | лоуренсий | 11 час | 266 Lr [f] |
85 | астатин | 8.1 ч | 210 В |
104 | резерфорд | 1,3 ч | 267 Rf [f] |
102 | нобелий | 58 мин | 259 Нет [f] |
87 | франций | 22 мин | 223 Пт |
106 | сиборгий | 14 мин | 269 Sg [f] |
111 | рентгений | 1,7 мин | 282 Rg [f] |
107 | бориум | 1 мин | 270 Bh [f] |
112 | Copernicium | 28 s | 285 Cn [f] |
108 | хасиум | 16 с | 269 Hs [f] |
110 | Дармштадтиум | 12,7 с | 281 Ds [f] |
113 | нихоний | 9,5 с | 286 Nh [f] |
109 | мейтнерий | 4,5 с | 278 Mt [f] |
114 | флеровий | 1.9 с | 289 Fl [f] |
115 | москва | 650 РС | 290 Mc [f] |
116 | ливерморий | 57 мс | 293 Lv [f] |
117 | Tennessine | 51 мс | 294 Ц [f] |
118 | Оганессон | 690 мкс | 294 Og [f] |
Смотрите также
- Остров стабильности
- Список нуклидов
- Список радиоактивных нуклидов по периодам полураспада
- Таблица нуклидов
Сноски
- а Видеть Стабильность изотопов технеция для подробного обсуждения того, почему технеций и прометий не имеют стабильных изотопов.
- б Изотопы с периодом полураспада более 108 yr все еще можно найти на Земле, но только с периодом полураспада выше 7 × 108 год (по состоянию на 235U) встречаются в заметных количествах. В настоящем списке не учтены несколько изотопов с периодом полураспада около 108 год, потому что они были измерены в крошечных количествах на Земле. Уран-234 с периодом полураспада 246000 лет и естественным содержанием изотопов 0,0055% является особым случаем: это продукт распада уран-238 а не первичный нуклид.
- c Есть нестабильные изотопы с чрезвычайно долгим периодом полураспада, которые также встречаются на Земле, и некоторые из них даже более распространены, чем все стабильные изотопы данного элемента (например, бета-активные изотопы). 187Re вдвое превосходит стабильную 185Re). Кроме того, большее естественное содержание изотопа просто означает, что его образованию благоприятствовали звездный нуклеосинтез процесс, который произвел материю, теперь составляющую земной шар (и, конечно же, остальные Солнечная система ) (смотрите также Формирование и эволюция Солнечной системы ).
- d Пока висмут имеет только один первичный изотоп, уран имеет три изотопа, которые встречаются в природе в значительных количествах (238
U
, 235
U
, и 234
U
; первые два - изначальные, а 234U - радиогенный), а торий - два (первичный 232
Чт
и радиогенные 230
Чт
). - е Посмотрите множество различных промышленных и медицинских применений радиоактивных элементов в Радионуклид, Ядерная медицина, Общие бета-излучатели, Обычно используемые гамма-изотопы, Фтор-18, Кобальт-60, Стронций-90, Технеций-99m, Йод-123, Йод-124, Прометий-147, Иридий-192, так далее.
- ж Для элементов с более высоким атомным номером, чем калифорний (с Z> 98), может существовать неоткрытые изотопы, которые более стабильны, чем известные.
- грамм Легенда: а =год, d =день, h =час, мин =минута, s =второй.
Рекомендации
- ^ а б c d е ж грамм час Сонзони, Алехандро. «Интерактивная карта нуклидов». Национальный центр ядерных данных: Брукхейвенская национальная лаборатория. Получено 2019-08-30.
- ^ Марсильяк, Пьер де; Ноэль Корон; Жерар Дамбье; Жак Леблан и Жан-Пьер Моалик (2003). «Экспериментальное обнаружение α-частиц от радиоактивного распада природного висмута». Природа. 422 (6934): 876–878. Bibcode:2003Натура.422..876D. Дои:10.1038 / природа01541. PMID 12712201.
- ^ Дюме, Белль (2003-04-23). «Висмут побил рекорд периода полураспада для альфа-распада». Институт Физики Издательский.
- ^ Сигел, Итан. «Поиск темной материи обнаруживает впечатляющий бонус: самый долгоживущий нестабильный элемент в истории». Forbes. Получено 2019-04-25.
- ^ «Исследование благородных газов». Архивировано из оригинал на 2011-09-28. Получено 2013-01-10. Новое исследование газа. Доступ 26 апреля 2009 г.