Stabilní nuklid - Stable nuclide

tento článek potřebuje další citace pro ověření. Prosím pomozte vylepšit tento článek podle přidávání citací ke spolehlivým zdrojům. Zdroj bez zdroje může být napaden a odstraněn. Najít zdroje: "Stabilní nuklid"  – zprávy  · noviny  · knihy  · učenec  · JSTOR (Prosince 2018) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Graf nuklidů (izotopů) podle typu rozpadu. Oranžové a modré nuklidy jsou nestabilní, přičemž černé čtverečky mezi těmito oblastmi představují stabilní nuklidy. Spojitá čára procházející pod většinou nuklidů zahrnuje pozice na grafu (většinou hypotetických) nuklidů, pro které by protonové číslo bylo stejné jako neutronové číslo. Graf odráží skutečnost, že prvky s více než 20 protony mají buď více neutronů než protony, nebo jsou nestabilní.

Stabilní nuklidy jsou nuklidy které nejsou radioaktivní a tak (na rozdíl od radionuklidy ) nepodstupujte spontánně radioaktivní rozpad. Pokud jsou takové nuklidy označovány ve vztahu ke konkrétním prvkům, jsou obvykle označovány stabilní izotopy.

80 prvků s jedním nebo více stabilními izotopy obsahuje celkem 252 nuklidů, o kterých nebylo známo, že by se rozpadly za použití současného vybavení (viz seznam na konci tohoto článku). Z těchto prvků má 26 pouze jeden stabilní izotop; oni jsou tak pojmenovaní monoisotopický. Zbytek má více než jeden stabilní izotop. Cín má deset stabilních izotopů, největší počet stabilních izotopů známých pro prvek.

Definice stability a přirozeně se vyskytujících nuklidů

Nejpřirozeněji se vyskytující nuklidy jsou stabilní (asi 252; viz seznam na konci tohoto článku) a o dalších asi 34 (celkem 286) je známo, že jsou radioaktivní s dostatečně dlouhým poločasem (také známým), aby se mohly vyskytovat primordiálně. Pokud je poločas a nuklid je srovnatelný s věkem Země (4,5 miliardy let) nebo je větší než jeho věk, od roku 2006 přežije značné množství formování sluneční soustavy, a pak se říká, že je prvotní. Tímto způsobem pak přispěje k přirozenému izotopovému složení chemického prvku. Primárně přítomné radioizotopy se dají snadno detekovat s poločasy pouhých 700 milionů let (např. ²³⁵U ). Toto je současný limit detekce, protože nuklidy s kratší životností ještě nebyly v přírodě nesporně detekovány.

Mnoho přirozeně se vyskytujících radioizotopů (dalších asi 53, tedy celkem asi 339) vykazuje ještě kratší poločas než 700 milionů let, ale jsou vyráběny čerstvě jako dceřiné produkty rozkladných procesů prvotních nuklidů (například radium z uranu ) nebo z probíhajících energetických reakcí, jako je kosmogenní nuklidy vyrobeno současným bombardováním Země kosmické paprsky (například, ¹⁴C vyrobený z dusíku).

U některých izotopů, které jsou klasifikovány jako stabilní (tj. Nebyla u nich pozorována žádná radioaktivita), se předpokládá extrémně dlouhý poločas (někdy až 10¹⁸ roky nebo více).^[1] Pokud předpokládaný poločas spadá do experimentálně přístupného rozsahu, mají takové izotopy šanci přejít ze seznamu stabilních nuklidů do radioaktivní kategorie, jakmile je jejich aktivita pozorována. Například, ²⁰⁹Bi a ¹⁸⁰W byly dříve klasifikovány jako stabilní, ale bylo zjištěno, že jsou alfa -aktivní v roce 2003. Tyto nuklidy však nezmění svůj status jako prvotní, pokud se zjistí, že jsou radioaktivní.

Předpokládá se, že nejstabilnější izotopy na Zemi byly vytvořeny v procesech nukleosyntéza, buď v Velký třesk, nebo v generacích hvězd, které předcházely formování sluneční soustavy. Některé stabilní izotopy však také vykazují variace hojnosti v zemi v důsledku rozpadu z radioaktivních nuklidů s dlouhým poločasem rozpadu. Tyto produkty rozpadu se nazývají radiogenní izotopy, aby se odlišily od mnohem větší skupiny „neradiogenních“ izotopů.

Izotopy na prvek

Ze známých chemických prvků má 80 prvků alespoň jeden stabilní nuklid. Jedná se o prvních 82 prvků z vodík na Vést, až na dvě výjimky, technecium (prvek 43) a promethium (prvek 61), které nemají žádné stabilní nuklidy. V prosinci 2016 bylo celkem 252 známých „stabilních“ nuklidů. V této definici „stabilní“ znamená nuklid, u kterého nikdy nebylo pozorováno, že se rozpadá na přirozeném pozadí. Tyto prvky mají tedy poločasy příliš dlouhé na to, aby byly měřitelné jakýmikoli přímými nebo nepřímými prostředky.

Stabilní izotopy:

• 1 prvek (cín ) má 10 stabilních izotopů
• 5 prvků má 7 stabilních izotopů za kus
• 7 prvků má 6 stabilních izotopů za kus
• 11 prvků má 5 stabilních izotopů za kus
• 9 prvků má 4 stabilní izotopy za kus
• 5 prvků má 3 stabilní izotopy za kus
• 16 prvků má 2 stabilní izotopy za kus
• 26 prvků má 1 jediný stabilní izotop.

Těchto posledních 26 se tedy nazývá monoisotopické prvky.^[2] Průměrný počet stabilních izotopů pro prvky, které mají alespoň jeden stabilní izotop, je 252/80 = 3,15.

Čísla fyzické magie a lichý a sudý počet protonů a neutronů

Stabilita izotopů je ovlivněna poměrem protonů k neutronům a také přítomností určitých látek magická čísla neutronů nebo protonů, které představují uzavřené a vyplněné kvantové skořápky. Tyto kvantové skořápky odpovídají množině energetických úrovní uvnitř skořápkový model jádra; naplněné skořápky, jako je naplněná skořápka 50 protonů pro cín, propůjčují nuklidu neobvyklou stabilitu. Stejně jako v případě cínu, magické číslo pro Zatomové číslo má tendenci zvyšovat počet stabilních izotopů prvku.

Stejně jako v případě elektronů, které mají nejnižší energetický stav, když se vyskytují v párech na dané oběžné dráze, vykazují nukleony (protony i neutrony) nižší energetický stav, když je jejich počet sudý, spíše než lichý. Tato stabilita má tendenci bránit rozpadu beta (ve dvou krocích) mnoha sudých i sudých nuklidů na jiný sudý i sudý nuklid stejného hmotnostního čísla, ale nižší energie (a samozřejmě s dalšími dvěma protony a dvěma méně neutrony), protože rozpad probíhá jeden krok za krokem by musel projít lichým – lichým nuklidem vyšší energie. Taková jádra tak místo toho procházejí dvojitý rozpad beta (nebo jsou teoretizovány k tomu) s poločasy několika řádů většími než věk vesmíru. To zajišťuje větší počet stabilních rovnoměrných nuklidů, které tvoří 151 z 252 celkem. Stabilní rovnoměrné - dokonce i nuklidy mají počet až tři isobary pro některá hromadná čísla a až sedm izotopů pro některá atomová čísla.

Naopak ze 252 známých stabilních nuklidů má pouze pět lichý počet protonů a lichý počet neutronů: vodík-2 (deuterium ), lithium-6, bór-10, dusík-14, a tantal - 180 metrů. Pouze čtyři přirozeně se vyskytující, radioaktivní liché a liché nuklidy mají poločas rozpadu přes miliardu let: draslík-40, vanad-50, lanthan-138, a lutetium-176. Zvláštní – zvláštní prvotní nuklidy jsou vzácné, protože většina lichých-lichých jader je vzhledem k rozpad beta, protože produkty rozpadu jsou sudé - sudé, a proto jsou silněji vázány kvůli účinky nukleárního párování.^[3]

Ještě dalším účinkem nestability lichého počtu obou typů nukleonů je to, že liché prvky mají tendenci mít méně stabilních izotopů. Z 26 monoisotopické prvky (ti, kteří mají pouze jeden stabilní izotop), všichni kromě jednoho mají liché atomové číslo a všichni kromě jednoho mají sudý počet neutronů - jedinou výjimkou z obou pravidel je berylium.

Konec stabilních prvků v periodické tabulce nastává po Vést, do značné míry kvůli skutečnosti, že jádra se 128 neutrony jsou mimořádně nestabilní a téměř okamžitě vylučují alfa částice. To také přispívá k velmi krátkým poločasům rozpadu astat, radon, a francium vzhledem k těžším prvkům. To lze také vidět v mnohem menší míře u 84 neutronů, které se v určité míře projevují jako určitý počet izotopů řada lanthanoidů které vykazují alfa rozpad.

Jaderné izomery, včetně „stabilních“

Počet 252 známých stabilních nuklidů zahrnuje tantal-180 m, protože i když jeho rozpad a nestabilita jsou automaticky implikovány jeho zápisem „metastabilní“, dosud to nebylo pozorováno. Všechny „stabilní“ izotopy (stabilní pozorováním, nikoli teorií) jsou základními stavy jader, s výjimkou tantalu-180 m, což je jaderný izomer nebo vzrušený stav. Základní stav tohoto konkrétního jádra, tantal-180, je radioaktivní s poměrně krátkým poločasem 8 hodin; na rozdíl od toho je rozpad excitovaného jaderného izomeru extrémně silně zakázán pravidly výběru spinové parity. Bylo experimentálně hlášeno přímé pozorování, že poločas rozpadu ^{180 m}Rozpad Ta to gamma musí být více než 10¹⁵ let. Další možné režimy ^{180 m}Úpadek Ta (rozpad beta, elektronový záchyt a rozpad alfa) také nikdy nebyl pozorován.

Vazebná energie na nukleon běžných izotopů.

Stále nepozorovaný rozklad

Očekává se, že určité neustálé zlepšování experimentální citlivosti umožní objev velmi mírné radioaktivity (nestability) některých izotopů, které jsou dnes považovány za stabilní. Jako příklad nedávného objevu to bylo až v roce 2003 vizmut-209 (jediný prvotní izotop vizmutu) se ukázal jako velmi mírně radioaktivní,^[4] potvrzující teoretické předpovědi z nukleární fyzika že vizmut-209 by se rozpadal velmi pomalu alfa emise.

Izotopy, o nichž se teoreticky předpokládá, že jsou nestabilní, ale nebylo pozorováno, že se rozpadají, se označují jako pozorovatelně stabilní.

Souhrnná tabulka pro počty jednotlivých tříd nuklidů

Toto je souhrnná tabulka z Seznam nuklidů. Všimněte si, že čísla nejsou přesná a mohou se v budoucnu mírně měnit, protože se pozoruje, že nuklidy jsou radioaktivní, nebo jsou s určitou přesností stanoveny nové poločasy.

Seznam stabilních nuklidů

Zkratky pro předpokládaný nepozorovaný rozpad^{[5][je zapotřebí lepší zdroj ]}:

A pro rozpad alfa, B pro rozpad beta, 2B pro dvojitý rozpad beta, E pro elektronový záchyt, 2E pro dvojitý elektronový záchyt, TO pro izomerní přechod, SF pro spontánní štěpení, * pro nuklidy, jejichž poločasy mají spodní hranici.

^ Tantal-180m je „metastabilní izotop“, což znamená, že je vzrušený jaderný izomer tantalu-180. Vidět izotopy tantalu. Poločas tohoto jaderného izomeru je však tak dlouhý, že nikdy nebyl pozorován jeho rozpad, a proto k němu dochází jako „pozorovatelně neradioaktivní“ prvotní nuklid jako menší izotop tantalu. Toto je jediný případ jaderného izomeru, který má poločas tak dlouhý, že nikdy nebyl pozorován jeho rozpad. Je tedy zahrnut v tomto seznamu.

^^ Vizmut-209 dlouho byl věřil být stabilní, kvůli jeho neobvykle dlouhému poločasu 2,01 × 10¹⁹ let, což je více než miliarda (1 000 milionů) časů vesmíru.

Viz také

• Izotopová geochemie
• Seznam prvků podle stability izotopů
• Seznam nuklidů (989 nuklidů v pořadí podle stability, všechny s poločasy> jedna hodina)
• Mononukleidový prvek
• Periodická tabulka
• Prvotní nuklid
• Radionuklid
• Stabilní poměr izotopů
• Tabulka nuklidů

Reference

Knižní reference

• Různé (2002). Lide, David R. (ed.). Příručka chemie a fyziky (88. vydání). CRC. ISBN  978-0-8493-0486-6. OCLC  179976746. Citováno 2008-05-23.

externí odkazy

• ŽIVÝ graf nuklidů - IAEA
• AlphaDelta: Stabilní kalkulačka frakcionace izotopů
• Národní centrum pro rozvoj izotopů Referenční informace o izotopech a koordinaci a řízení výroby, dostupnosti a distribuce izotopů
• Vývoj a výroba izotopů pro výzkum a aplikace (IDPRA) Program amerického ministerstva energetiky pro výrobu izotopů a výzkum a vývoj výroby
• Isosciences Využití a vývoj stabilních izotopových značek v syntetických a biologických molekulách