Список элементов по стабильности изотопов - List of elements by stability of isotopes

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.)

Изотоп период полураспада. Более темная область более стабильного изотопа отходит от линии протонов (Z) = нейтронов (N), когда число элементов Z становится больше.

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.

Первородные изотопы (в порядке убывания численности на Земле[c]) четных Z элементов
Z
Элемент
Стабильный
[1]
Распада
[b][1]
нестабильный курсивом[b]
странный число нейтронов в розовом
50банка10120
Sn
118
Sn
116
Sn
119
Sn
117
Sn
124
Sn
122
Sn
112
Sn
114
Sn
115
Sn
54ксенон72132
Xe
129
Xe
131
Xe
134
Xe
136
Xe
130
Xe
128
Xe
124
Xe
126
Xe
48кадмий62114
CD
112
CD
111
CD
110
CD
113
CD
116
CD
106
CD
108
CD
52теллур62130
Te
128
Te
126
Te
125
Te
124
Te
122
Te
123
Te
120
Te
44рутений7102
RU
104
RU
101
RU
99
RU
100
RU
96
RU
98
RU
66диспрозий7164
Dy
162
Dy
163
Dy
161
Dy
160
Dy
158
Dy
156
Dy
70иттербий7174
Yb
172
Yb
173
Yb
171
Yb
176
Yb
170
Yb
168
Yb
80Меркурий7202
Hg
200
Hg
199
Hg
201
Hg
198
Hg
204
Hg
196
Hg
42молибден6198
Пн
96
Пн
95
Пн
92
Пн
100
Пн
97
Пн
94
Пн
56барий61138
Ба
137
Ба
136
Ба
135
Ба
134
Ба
132
Ба
130
Ба
64гадолиний61158
Б-г
160
Б-г
156
Б-г
157
Б-г
155
Б-г
154
Б-г
152
Б-г
76осмий61192
Операционные системы
190
Операционные системы
189
Операционные системы
188
Операционные системы
187
Операционные системы
186
Операционные системы
184
Операционные системы
60неодим52142
Nd
144
Nd
146
Nd
143
Nd
145
Nd
148
Nd
150
Nd
62самарий52152
См
154
См
147
См
149
См
148
См
150
См
144
См
46палладий6106
Pd
108
Pd
105
Pd
110
Pd
104
Pd
102
Pd
68эрбий6166
Э
168
Э
167
Э
170
Э
164
Э
162
Э
20кальций5140
Ca
44
Ca
42
Ca
48
Ca
43
Ca
46
Ca
34селен5180
Se
78
Se
76
Se
82
Se
77
Se
74
Se
36криптон5184
Kr
86
Kr
82
Kr
83
Kr
80
Kr
78
Kr
72гафний51180
Hf
178
Hf
177
Hf
179
Hf
176
Hf
174
Hf
78платина51195
Pt
194
Pt
196
Pt
198
Pt
192
Pt
190
Pt
22титан548
Ti
46
Ti
47
Ti
49
Ti
50
Ti
28никель558
Ni
60
Ni
62
Ni
61
Ni
64
Ni
30цинк564
Zn
66
Zn
68
Zn
67
Zn
70
Zn
32германий4174
Ge
72
Ge
70
Ge
73
Ge
76
Ge
40цирконий4190
Zr
94
Zr
92
Zr
91
Zr
96
Zr
74вольфрам41184
W
186
W
182
W
183
W
180
W
16сера432
S
34
S
33
S
36
S
24хром452
Cr
53
Cr
50
Cr
54
Cr
26утюг456
Fe
54
Fe
57
Fe
58
Fe
38стронций488
Sr
86
Sr
87
Sr
84
Sr
58церий4140
Ce
142
Ce
138
Ce
136
Ce
82вести4208
Pb
206
Pb
207
Pb
204
Pb
8кислород316
О
18
О
17
О
10неон320
Ne
22
Ne
21
Ne
12магний324
Mg
26
Mg
25
Mg
14кремний328
Si
29
Si
30
Si
18аргон340
Ar
36
Ar
38
Ar
2гелий24
Он
3
Он
6углерод212
C
13
C
92уран02238
U
[d]
235
U
4бериллий19
Быть
90торий01232
Чт
[d]
Первородные изотопы нечетных Z элементов
Z
Элемент
Удар
Декабрь
нестабильный: курсив
странный N в розовом
19калий2139
K
41
K
40
K
1водород21
ЧАС
2
ЧАС
3литий27
Ли
6
Ли
5бор211
B
10
B
7азот214
N
15
N
17хлор235
Cl
37
Cl
29медь263
Cu
65
Cu
31галлий269
Ga
71
Ga
35бром279
Br
81
Br
47серебро2107
Ag
109
Ag
51сурьма2121
Sb
123
Sb
73тантал2181
Та
180 м
Та
77иридий2193
Ir
191
Ir
81таллий2205
Tl
203
Tl
23ванадий1151
V
50
V
37рубидий1185
Руб.
87
Руб.
49индий11115
В
113
В
57лантан11139
Ла
138
Ла
63европий11153
Европа
151
Европа
71лютеций11175
Лу
176
Лу
75рений11187
Re
185
Re
9фтор119
F
11натрий123
Na
13алюминий127
Al
15фосфор131
п
21скандий145
Sc
25марганец155
Mn
27кобальт159
Co
33мышьяк175
В качестве
39иттрий189
Y
41ниобий193
Nb
45родий1103
Rh
53йод1127
я
55цезий1133
CS
59празеодим1141
Pr
65тербий1159
Tb
67гольмий1165
Хо
69тулий1169
Тм
79золото1197
Au
83висмут01209
Би

Элементы без первичных изотопов

Нет первичных изотопов
Самый долгоживущий изотоп> 1 дня
Z
Элемент
т1⁄2[грамм][1]Самый длинный-
жил
изотоп
94плутоний8.08×107 год244
Пу
96кюрий1.56×107 год247
См
43технеций4.21×106 год97
Tc
[а]
93нептуний2.14×106 год237
Np
91протактиний32 760 лет231
Па
95америций7 370 лет243
Являюсь
88радий1600 лет226
Ра
97берклий1380 лет247
Bk
98калифорний900 лет251
Cf
84полоний125 лет209
По
89актиний21,772 г.227
Ac
61прометий17,7 года145
Вечера
[а]
99эйнштейний1.293 года252
Es
[f]
100фермий100.5 d257
FM
[f]
101менделевий51,3 г258
Мкр
[f]
86радон3,823 д222
Rn
105дубний1,2 дн268
Db
[f]
Нет первичных изотопов
Самый долгоживущий изотоп <1 дня
Z
Элемент
т1⁄2[грамм][1]Самый длинный-
жил
изотоп
103лоуренсий11 час266
Lr
[f]
85астатин8.1 ч210
В
104резерфорд1,3 ч267
Rf
[f]
102нобелий58 мин259
Нет
[f]
87франций22 мин223
Пт
106сиборгий14 мин269
Sg
[f]
111рентгений1,7 мин282
Rg
[f]
107бориум1 мин270
Bh
[f]
112Copernicium28 s285
Cn
[f]
108хасиум16 с269
Hs
[f]
110Дармштадтиум12,7 с281
Ds
[f]
113нихоний9,5 с286
Nh
[f]
109мейтнерий4,5 с278
Mt
[f]
114флеровий1.9 с289
Fl
[f]
115москва650 РС290
Mc
[f]
116ливерморий57 мс293
Lv
[f]
117Tennessine51 мс294
Ц
[f]
118Оганессон690 мкс294
Og
[f]
Периодическая таблица с элементами, окрашенными в соответствии с периодом полураспада их наиболее стабильного изотопа.
  Элементы, содержащие хотя бы один стабильный изотоп.
  Слаборадиоактивные элементы: самый стабильный изотоп очень долгоживущий, с периодом полураспада более двух миллионов лет.
  Значительно радиоактивные элементы: самый стабильный изотоп имеет период полураспада от 800 до 34 000 лет.
  Радиоактивные элементы: самый стабильный изотоп имеет период полураспада от одного дня до 130 лет.
  Высокорадиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада от нескольких минут до одного дня.
  Чрезвычайно радиоактивные элементы: самый стабильный изотоп имеет период полураспада менее нескольких минут.

Смотрите также

Сноски

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Сонзони, Алехандро. «Интерактивная карта нуклидов». Национальный центр ядерных данных: Брукхейвенская национальная лаборатория. Получено 2019-08-30.
  2. ^ 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.
  3. ^ Дюме, Белль (2003-04-23). «Висмут побил рекорд периода полураспада для альфа-распада». Институт Физики Издательский.
  4. ^ Сигел, Итан. «Поиск темной материи обнаруживает впечатляющий бонус: самый долгоживущий нестабильный элемент в истории». Forbes. Получено 2019-04-25.
  5. ^ «Исследование благородных газов». Архивировано из оригинал на 2011-09-28. Получено 2013-01-10. Новое исследование газа. Доступ 26 апреля 2009 г.