Изотопы азота
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Стандартный атомный вес А р °(Н) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
Природный азот ( 7 N) состоит из двух стабильных изотопов : подавляющее большинство (99,6%) встречающегося в природе азота — это азот-14 , а остальная часть — азот-15 . тринадцать радиоизотопов Также известны с атомной массой от 9 до 23, а также три ядерных изомера . Все эти радиоизотопы короткоживущие, самым долгоживущим из которых является азот-13 с периодом полураспада 9,965(4) мин . Все остальные имеют период полураспада менее 7,15 секунды, причем у большинства из них он составляет менее 620 миллисекунд. Большинство изотопов с атомными массовыми числами ниже 14 распадаются на изотопы углерода , тогда как большинство изотопов с массами выше 15 распадаются на изотопы кислорода . Самым короткоживущим известным изотопом является азот-10 с периодом полураспада 143 (36) йоктосекунд , хотя период полураспада азота-9 точно не измерен.
Список изотопов
[ редактировать ]| Нуклид [n 1] | С | Н | Изотопная масса ( Да ) [3] [n 2] [n 3] | Период полураспада [4] [ ширина резонанса ] | Разлагаться режим [4] [n 4] | Дочь изотоп [n 5] | Спин и паритет [4] [№ 6] [n 7] | Природное изобилие (молярная доля) | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения | Нормальная пропорция [4] | Диапазон вариаций | |||||||||||||||||
| 9 Н [5] | 7 | 2 | <1 как [5] | 5 пенсов [№ 8] | 4 Он | ||||||||||||||
| 10 Н | 7 | 3 | 10.041 65 (43) | 143(36) лет | п ? [n 9] | 9 С ? | 1−, 2− | ||||||||||||
| 11 Н | 7 | 4 | 11.026 158 (5) | 585(7) лет [ 780,0(9,3) кэВ ] | п | 10 С | 1/2+ | ||||||||||||
| 11 м Н | 740(60) кэВ | 690(80) лет | п | 1/2− | |||||||||||||||
| 12 Н | 7 | 5 | 12.018 6132 (11) | 11.000(16) мс | б + ( 98.07(4)% ) | 12 С | 1+ | ||||||||||||
| б + а ( 1,93(4)% ) | 8 Быть [№ 10] | ||||||||||||||||||
| 13 Н [№ 11] | 7 | 6 | 13.005 738 61 (29) | 9,965(4) мин. | б + | 13 С | 1/2− | ||||||||||||
| 14 Н [№ 12] | 7 | 7 | 14.003 074 004 251 (241) | Стабильный | 1+ | [ 0.995 78 , 0.996 63 ] [6] | |||||||||||||
| 14 м Н | 2 312 .590(10) кэВ | ЭТО | 14 Н | 0+ | |||||||||||||||
| 15 Н | 7 | 8 | 15.000 108 898 266 (625) | Стабильный | 1/2− | [ 0.003 37 , 0.004 22 ] [6] | |||||||||||||
| 16 Н | 7 | 9 | 16.006 1019 (25) | 7,13(2) с | б − ( 99.998 46 (5)% ) | 16 ТО | 2− | ||||||||||||
| б − а ( 0,001 54 (5)% ) | 12 С | ||||||||||||||||||
| 16 м Н | 120,42(12) кэВ | 5,25(6) мкс | ИТ ( 99,999 611 (25)% ) | 16 Н | 0− | ||||||||||||||
| б − ( 0.000 389 (25)% ) | 16 ТО | ||||||||||||||||||
| 17 Н | 7 | 10 | 17.008 449 (16) | 4,173(4) с | б − п ( 95,1(7)% ) | 16 ТО | 1/2− | ||||||||||||
| б − ( 4.9(7)% ) | 17 ТО | ||||||||||||||||||
| б − а ( 0,0025(4)% ) | 13 С | ||||||||||||||||||
| 18 Н | 7 | 11 | 18.014 078 (20) | 619,2(1,9) мс | б − ( 80.8(1.6)% ) | 18 ТО | 1− | ||||||||||||
| б − а ( 12,2(6)% ) | 14 С | ||||||||||||||||||
| б − п ( 7,0(1,5)% ) | 17 ТО | ||||||||||||||||||
| б − 2н? [n 9] | 16 ТО ? | ||||||||||||||||||
| 19 Н | 7 | 12 | 19.017 022 (18) | 336(3) мс | б − ( 58.2(9)% ) | 19 ТО | 1/2− | ||||||||||||
| б − п ( 41,8(9)% ) | 18 ТО | ||||||||||||||||||
| 20 Н | 7 | 13 | 20.023 370 (80) | 136(3) мс | б − ( 57.1(1.4)% ) | 20 ТО | (2−) | ||||||||||||
| б − п ( 42,9(1,4)% ) | 19 ТО | ||||||||||||||||||
| б − 2н? [n 9] | 18 ТО ? | ||||||||||||||||||
| 21 Н | 7 | 14 | 21.027 09 (14) | 85(5) мс | б − п ( 87(3)% ) | 20 ТО | (1/2−) | ||||||||||||
| б − ( 13(3)% ) | 21 ТО | ||||||||||||||||||
| б − 2н? [n 9] | 19 ТО ? | ||||||||||||||||||
| 22 Н | 7 | 15 | 22.034 10 (22) | 23(3) мс | б − ( 54.0(4.2)% ) | 22 ТО | 0−# | ||||||||||||
| б − п ( 34(3)% ) | 21 ТО | ||||||||||||||||||
| б − 2n ( 12(3)% ) | 20 ТО | ||||||||||||||||||
| 23 Н [№ 13] | 7 | 16 | 23.039 42 (45) | 13,9(1,4) мс | б − (> 46,6(7,2)% ) | 23 ТО | 1/2−# | ||||||||||||
| б − п ( 42(6)% ) | 22 ТО | ||||||||||||||||||
| б − 2n ( 8(4)% ) | 21 ТО | ||||||||||||||||||
| б − 3н (< 3,4% ) | 20 ТО | ||||||||||||||||||
| Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы: | |||||||||||||||||||
- ^ м N – Возбужденный ядерный изомер .
- ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) указывается в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^ # - Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не на основе чисто экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе трендов поверхности массы (TMS).
- ^ Режимы распада:
ЭТО: Изомерный переход н: Нейтронная эмиссия п: Протонная эмиссия - ^ Жирный символ в виде дочернего продукта — дочерний продукт стабилен.
- ^ ( ) значение вращения — указывает на вращение со слабыми аргументами присваивания.
- ^ # - Значения, отмеченные #, получены не только на основе экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе тенденций соседних нуклидов (TNN).
- ^ Распад за счет испускания протонов до 8
С
, который сразу же испускает два протона, образуя 6
Быть
, который, в свою очередь, испускает два протона, образуя стабильный 4
Он
[5] - ^ Перейти обратно: а б с д Показанный режим распада энергетически разрешен, но экспериментально не наблюдался в этом нуклиде.
- ^ Сразу распадается на две альфа-частицы с итоговой реакцией 12 Н → 3 4 Это + е + .
- ^ Используется в позитронно-эмиссионной томографии.
- ^ Одно из немногих стабильных нечетно-нечетных ядер.
- ^ Самый тяжелый изотоп азота, связанный с частицами, см. Ядерную капельную линию.
Азот-13
[ редактировать ]Азот-13 и кислород-15 образуются в атмосфере, когда гамма-лучи (например, от молнии ) выбивают нейтроны из азота-14 и кислорода-16:
- 14 Н + γ → 13 Н + Н
- 16 О + γ → 15 О + н
Образующийся в результате азот-13 распадается с периодом полураспада 9,965(4) мин до углерода-13, испуская позитрон . Позитрон быстро аннигилирует с электроном, образуя два гамма-луча с энергией около 511 кэВ . После удара молнии это гамма-излучение затухает с периодом полураспада в десять минут, но эти низкоэнергетические гамма-лучи в среднем проходят по воздуху всего около 90 метров, поэтому их можно обнаружить только в течение минуты или около того, поскольку "облако" из 13 Н и 15 О плывет, уносимый ветром. [7]
Азот-14
[ редактировать ]Азот-14 — один из двух стабильных ( нерадиоактивных ) изотопов химического элемента азота , составляющего около 99,636% природного азота.
Азот-14 — один из очень немногих стабильных нуклидов, имеющих как нечетное число протонов, так и нейтронов (по семь каждый), и единственный, который составляет большую часть своего элемента. Каждый протон или нейтрон вносит вклад в ядерный спин плюс или минус 1/2 , что дает ядру общий магнитный спин , равный единице.
Считается , что первоначальным источником азота-14 и азота-15 во Вселенной является звездный нуклеосинтез , где они производятся в рамках цикла CNO .
Азот-14 является источником встречающегося в природе радиоактивного углерода-14 . Некоторые виды космического излучения вызывают ядерную реакцию с азотом-14 в верхних слоях атмосферы Земли, образуя углерод-14, который распадается обратно на азот-14 с периодом 5700 полураспада (30) лет .
Азот-15
[ редактировать ]редкий стабильный изотоп азота . Азот-15 — Двумя источниками азота-15 являются позитронная эмиссия кислорода -15. [8] и бета-распад углерода -15 . Азот-15 имеет одно из самых низких сечений захвата тепловых нейтронов среди всех изотопов. [9]
Азот-15 часто используется в ЯМР ( ЯМР-спектроскопия азота-15 ). В отличие от более распространенного азота-14, который имеет целочисленный ядерный спин и, следовательно, квадрупольный момент , 15 N имеет дробный ядерный спин, равный половине, что дает преимущества для ЯМР, такие как более узкая ширина линии.
Отслеживание азота-15 — это метод, используемый для изучения азотного цикла .
Азот-16
[ редактировать ]Радиоизотоп 16 N является преобладающим радионуклидом в теплоносителе водо-водяных реакторов или реакторов с кипящей водой при нормальной эксплуатации. Он производится из 16 O (в воде) посредством реакции (n,p) , в которой 16 Атом О захватывает нейтрон и выбрасывает протон. Он имеет короткий период полураспада около 7,1 с. [4] но его распад возвращается к 16 высокой энергии O производит гамма-излучение (от 5 до 7 МэВ). [4] [10] По этой причине доступ к трубопроводу первого контура теплоносителя в реакторе с водой под давлением должен быть ограничен во время работы реактора на мощности. [10] Это чувствительный и немедленный индикатор утечек из системы теплоносителя первого контура во вторичный паровой цикл, а также основное средство обнаружения таких утечек. [10]
Изотопные подписи
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Стандартные атомные массы: азот» . ЦИАВ . 2009.
- ^ Прохаска, Томас; Ирргехер, Йоханна; Бенефилд, Жаклин; Бёлке, Джон К.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Дин, Типинг; Данн, Филип Дж. Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Мейер, Харро Эй Джей (04 мая 2022 г.). «Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)» . Чистая и прикладная химия . дои : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 .
- ^ Ван, Мэн; Хуанг, WJ; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки *». Китайская физика C . 45 (3): 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
- ^ Перейти обратно: а б с Чо, Адриан (25 сентября 2023 г.). «Мимолетная форма азота расширяет ядерную теорию до предела» . Science.org . Проверено 27 сентября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Атомный вес азота | Комиссия по изотопному содержанию и атомному весу» . ciaaw.org . Проверено 26 февраля 2022 г.
- ^ Теруаки Иното; и др. (23 ноября 2017 г.). «Фотоядерные реакции, вызванные разрядом молнии». Природа . 551 (7681): 481–484. arXiv : 1711.08044 . Бибкод : 2017Natur.551..481E . дои : 10.1038/nature24630 . ПМИД 29168803 . S2CID 4388159 .
- ^ Справочник CRC по химии и физике (64-е изд.). 1983–1984. п. Б-234.
- ^ «Извлечение и отображение файла оцененных ядерных данных (ENDF)» . Национальный центр ядерных данных.
- ^ Перейти обратно: а б с Нееб, Карл Хайнц (1997). Радиохимия атомных электростанций с легководными реакторами . Берлин-Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. п. 227. ИСБН 978-3-11-013242-7 . Архивировано из оригинала 05 февраля 2016 г. Проверено 20 декабря 2015 г.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
