Seznam prvků podle stability izotopů - List of elements by stability of isotopes

Tento článek je hlavní část může být příliš dlouhý na délku článku. Pomozte prosím tím, že z něj přesunete nějaký materiál do těla článku. Přečtěte si prosím průvodce rozvržením a pokyny pro hlavní sekci zajistit, aby sekce stále obsahovala všechny důležité podrobnosti. Diskutujte o tomto problému v článku diskusní stránka. (Dubna 2019)

Atomová jádra skládá se z protony a neutrony, které se navzájem přitahují prostřednictvím jaderná síla, zatímco protony se navzájem odpuzují prostřednictvím elektrická síla kvůli jejich pozitivním nabít. Tyto dvě síly soutěží, což vede k tomu, že některé kombinace neutronů a protonů jsou stabilnější než jiné. Neutrony stabilizují jádro, protože přitahují protony, což pomáhá kompenzovat elektrickou odpudivost mezi protony. Ve výsledku se zvyšuje počet protonů poměr neutronů k protonům je zapotřebí k vytvoření stabilního jádra; pokud je vzhledem k optimálnímu poměru přítomno příliš mnoho nebo příliš málo neutronů, jádro se stává nestabilním a podléhá určitým typům jaderný rozpad. Nestabilní izotopy se rozpadají různými dráhy radioaktivního rozpadu, nejčastěji rozpad alfa, rozpad beta nebo elektronový záchyt. Mnoho vzácných druhů rozpadu, jako např spontánní štěpení nebo rozpad kazu, jsou známy. (Vidět Radioaktivní rozpad pro detaily.)

Izotop poločasy. Tmavší stabilnější oblast izotopů se odchyluje od linie protonů (Z) = neutronů (N), protože číslo prvku Z se zvětšuje.

Z prvních 82 prvků v periodická tabulka, 80 mít izotopy považována za stabilní.^[1] 83. prvek, vizmut, byl tradičně považován za nejtěžší stabilní izotop, vizmut-209, ale v roce 2003 vědci v Orsay, Francie, změřila poločas rozpadu z ²⁰⁹
Bi
být 1.9×10¹⁹ let.^[2][3] Technecium a promethium (atomová čísla 43, respektive 61^[A]) a všechny prvky s atomovým číslem vyšším než 82 mají pouze izotopy, o nichž je známo, že se rozkládají radioaktivní rozpad. Očekává se, že žádné neobjevené prvky budou stabilní; proto, Vést je považován za nejtěžší stabilní prvek. Je však možné, že některé izotopy, které jsou nyní považovány za stabilní, se budou rozpadat s extrémně dlouhými poločasy (jako u ²⁰⁹
Bi
). Tento seznam popisuje to, na čem se shoduje konsens vědecké komunity od roku 2019.^[1]

Pro každý z 80 stabilních prvků je uveden počet stabilních izotopů. Očekává se, že pouze 90 izotopů bude dokonale stabilních a dalších 162 bude energeticky nestabilních,^{[Citace je zapotřebí ]} ale nikdy nebylo pozorováno, že se rozpadají. Tedy 252 izotopů (nuklidy ) jsou stabilní podle definice (včetně tantalu-180 m, u kterého dosud nebyl pozorován žádný rozklad). Očekává se, že u těch, u kterých se v budoucnu zjistí, že jsou radioaktivní, budou mít poločasy delší než 10²² let (například xenon-134).^{[Citace je zapotřebí ]}

V dubnu 2019 bylo oznámeno, že poločas xenonu-124 byl naměřen na 1,8 × 10²² let. Toto je nejdelší poločas přímo měřený pro jakýkoli nestabilní izotop;^[4] pouze poločas telluru-128 je delší.

Z chemických prvků pouze jeden prvek (cín ) má 10 takových stabilních izotopů, pět má sedm izotopů, osm má šest izotopů, deset má pět izotopů, devět má čtyři izotopy, pět má tři stabilní izotopy, 16 má dva stabilní izotopy a 26 má jediný stabilní izotop.^[1]

Navíc asi 30 nuklidů přirozeně se vyskytujících prvků má nestabilní izotopy s poločasem rozpadu větším než věk Sluneční Soustava (~10⁹ roky nebo více).^[b] Další čtyři nuklidy mají poločasy delší než 100 milionů let, což je mnohem méně než věk sluneční soustavy, ale dostatečně dlouhý na to, aby některé z nich přežily. Těchto 34 radioaktivních přirozeně se vyskytujících nuklidů zahrnuje radioaktivní prvotní nuklidy. Celkový počet prvotních nuklidů je pak 252 (stabilní nuklidy) Plus 34 radioaktivních primordiálních nuklidů, a celkový 286 prvotních nuklidů. Toto číslo se může změnit, pokud budou na Zemi identifikovány nové primordiály s kratší životností.

Jedním z prvotních nuklidů je tantal - 180 metrů, u kterého se předpokládá poločas převyšující 10¹⁵ let, ale nikdy nebyl pozorován rozpad. Ještě delší poločas 2,2 × 10²⁴ let telur-128 byla měřena jedinečnou metodou detekce jeho radiogenní dcery xenon-128 a je nejdelší známý experimentálně měřený poločas.^[5] Dalším pozoruhodným příkladem je jediný přirozeně se vyskytující izotop vizmutu, vizmut-209, o kterém se předpokládá, že je nestabilní s velmi dlouhým poločasem rozpadu, ale bylo pozorováno, že se rozpadá. Kvůli jejich dlouhému poločasu se takové izotopy na Zemi stále nacházejí v různých množstvích a společně se stabilními izotopy se jim říká prvotní izotop. Všechny prvotní izotopy jsou uvedeny v pořadí podle jejich snižování hojnost na Zemi.^[C]. Seznam prvotních nuklidů v pořadí poločasu viz Seznam nuklidů.

118 chemické prvky je známo, že existují. Všechny prvky k prvku 94 se nacházejí v přírodě a zbytek objevené prvky jsou uměle vyráběny, přičemž všechny izotopy jsou vysoce známé radioaktivní s relativně krátkými poločasy (viz níže). Prvky v tomto seznamu jsou seřazeny podle životnosti jejich nejstabilnějšího izotopu.^[1] Z těchto tří prvků (vizmut, thorium, a uran ) jsou prvotní, protože mají poločasy dostatečně dlouhé na to, aby se stále daly najít na Zemi,^[d] zatímco všechny ostatní jsou vyráběny buď radioaktivní rozpad nebo jsou syntetizován v laboratořích a jaderné reaktory. Pouze 13 z 38 známých, ale nestabilních prvků má izotopy s poločasem nejméně 100 let. Každý známý izotop zbývajících 25 prvků je vysoce radioaktivní; používají se v akademickém výzkumu a někdy v průmyslu a medicíně.^[E] U některých těžších prvků v periodické tabulce může být odhaleno, že mají dosud neobjevené izotopy s delší životností než zde uvedené.^[F]

Na Zemi se přirozeně nachází asi 338 nuklidů. Patří mezi ně 252 stabilních izotopů a s přidáním 34 radioizotopů s dlouhým poločasem rozpadu s poločasem delším než 100 milionů let, celkem 286 prvotní nuklidy, jak je uvedeno výše. Nalezené nuklidy přirozeně obsahují nejen 286 primordiálů, ale zahrnují také asi 52 dalších krátkodobých izotopů (definovaných poločasem méně než 100 milionů let, příliš krátkých na to, aby přežily od vzniku Země), které jsou dcerami prvotní izotopy (např rádium z uran ); nebo jsou vyrobeny energetickými přírodními procesy, jako např uhlík-14 vyrobeno z atmosférického dusíku bombardováním z kosmické paprsky.

Prvky podle počtu prvotních izotopů

An sudý počet protonů nebo neutronů je stabilnější (vyšší vazebná energie ) kvůli párovací efekty, takže rovnoměrné nuklidy jsou mnohem stabilnější než liché – liché. Jedním z efektů je, že existuje několik stabilních lichých a lichých nuklidů: ve skutečnosti je stabilních pouze pět, další čtyři mají poločasy delší než miliarda let.

Dalším účinkem je zabránit rozpadu beta mnoha sudých i sudých nuklidů na jiný sudý nuklid stejného hmotnostního čísla, ale nižší energie, protože rozpad postupující jeden krok po druhém by musel projít lichým – lichým nuklidem s vyšší energií. (Dvojitý rozpad beta přímo z sudého – sudého na sudý – sudý, přeskakování lichého-lichého nuklidu, je možné jen příležitostně a jedná se o proces tak silně bráněný, že má poločas rozpadu více než miliardkrát vyšší věk vesmíru.) Tím je zajištěno větší množství stabilních rovnoměrných i nuklidů, až tři pro některá hromadná čísla a až sedm pro některá atomová (protonová) čísla a nejméně čtyři pro všechna stabilní sudáZ prvky mimo žehlička.

Jelikož jádro s lichým počtem protonů je relativně méně stabilní, mají liché prvky tendenci mít méně stabilních izotopů. Z 26 "monoisotopický „prvky, které mají pouze jeden stabilní izotop, všechny kromě jednoho mají liché atomové číslo - jedinou výjimkou je berylium. Žádný lichý prvek navíc nemá více než dva stabilní izotopy, zatímco každý sudý prvek se stabilními izotopy, kromě helia, berylia a uhlíku, má alespoň tři.

Tabulky

Následující tabulky obsahují prvky s prvotní nuklidy, což znamená, že prvek může být na Zemi stále identifikován z přírodních zdrojů, který je přítomen od doby, kdy byla Země vytvořena ze sluneční mlhoviny. Žádná tedy není dcerou kratšího života rodičovských pravěkců s delší životností, jako např radon. Dva nuklidy, které mají poločasy dostatečně dlouhé na to, aby byly prvotní, ale dosud nebyly přesvědčivě pozorovány jako takové (²⁴⁴Pu a ¹⁴⁶Sm), byly vyloučeny.

Tabulky prvků jsou seřazeny v pořadí podle klesajícího počtu nuklidů spojených s každým prvkem. (Seznam kompletně seřazený podle poločasů rozpadu nuklidů s míšením prvků viz Seznam nuklidů.) Stabilní a nestabilní (označené rozpadá se) jsou uvedeny nuklidy se kurzívou se symboly pro nestabilní (radioaktivní) nuklidy. Všimněte si, že třídění neposkytuje prvky čistě v pořadí stabilních nuklidů, protože některé prvky mají větší počet nestabilních nuklidů s dlouhou životností, které je umisťují před prvky s větším počtem stabilních nuklidů. Podle konvence se nuklidy počítají jako „stabilní“, pokud u nich nikdy nebylo pozorováno, že se rozpadají experimentem nebo pozorováním produktů rozpadu (nuklidy s extrémně dlouhou životností, které jsou nestabilní pouze teoreticky, jako je tantal-180 m, se počítají jako stabilní).

První tabulka je pro sudé atomové číslo prvky, které mají tendenci mít mnohem více prvotních nuklidů, kvůli stabilitě poskytované párováním proton-proton. Druhá samostatná tabulka je uvedena pro liché atomové číslované prvky, které mají tendenci mít mnohem méně stabilních a dlouhodobých (prvotních) nestabilních nuklidů.

Prvky bez prvotních izotopů

Periodická tabulka s prvky zbarvenými podle poločasu jejich nejstabilnějšího izotopu.

  Prvky, které obsahují alespoň jeden stabilní izotop.

  Mírně radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má velmi dlouhou životnost a poločas rozpadu přes dva miliony let.

  Významně radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má poločas rozpadu mezi 800 a 34 000 lety.

  Radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má poločas rozpadu mezi jedním dnem a 130 lety.

  Vysoce radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má poločas rozpadu mezi několika minutami a jedním dnem.

  Extrémně radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má poločas rozpadu méně než několik minut.

Viz také

• Ostrov stability
• Seznam nuklidů
• Seznam radioaktivních nuklidů podle poločasu rozpadu
• Tabulka nuklidů

Poznámky pod čarou

• ^A Vidět Stabilita izotopů technecia podrobnou diskusi o tom, proč technecium a promethium neobsahují stabilní izotopy.
• ^b Izotopy, které mají poločas rozpadu větší než asi 10⁸ rok se na Zemi stále dá najít, ale pouze ti, kteří mají poločasy rozpadu nad 7 × 10⁸ rok (od ²³⁵U) se nacházejí ve znatelných množstvích. Tento seznam zanedbává několik izotopů s poločasy asi 10⁸ protože byly na Zemi měřeny v malém množství. Uran-234 se svým poločasem 246 000 let a přirozeným množstvím izotopů 0,0055% je zvláštní případ: jedná se o produkt rozpadu uran-238 spíše než prvotní nuklid.
• ^C Na Zemi se také nacházejí nestabilní izotopy s extrémně dlouhými poločasy rozpadu a některé z nich jsou ještě hojnější než všechny stabilní izotopy daného prvku (například beta-aktivní ¹⁸⁷Re je dvakrát tak bohatý jako stabilní ¹⁸⁵Re). Větší přirozené množství izotopu také naznačuje, že jeho formace byla zvýhodněna hvězdná nukleosyntéza proces, který produkoval hmotu nyní tvořící Země (a samozřejmě zbytek Sluneční Soustava ) (viz také Vznik a vývoj sluneční soustavy ).
• ^d Zatímco vizmut má pouze jeden prvotní izotop, uran má tři izotopy, které se v přírodě nacházejí ve významných množstvích (²³⁸
  U
  , ²³⁵
  U
  , a ²³⁴
  U
  ; první dva jsou prvotní, zatímco ²³⁴U je radiogenní) a thorium má dvě (prvotní ²³²
  Čt
  a radiogenní ²³⁰
  Čt
  ).
• ^E Podívejte se na mnoho různých průmyslových a lékařských aplikací radioaktivních prvků v Radionuklid, Nukleární medicína, Běžní beta emitenti, Běžně používané izotopy emitující gama, Fluor-18, Cobalt-60, Stroncium-90, Technecium - 99m, Jód-123, Jód-124, Promethium-147, Iridium-192, atd.
• ^F Pro prvky s vyšším atomovým číslem než kalifornium (se Z> 98) může existovat neobjevené izotopy, které jsou stabilnější než ty známé.
• ^G Legenda: a =rok, d =den, h =hodina, min =minuta, s =druhý.

Reference