Мононуклидный элемент

или Мононуклидный элемент монотопный элемент ^[1] — один из 21 химических элементов , которые в природе встречаются на Земле, по существу, в виде одного нуклида (который может быть, а может и не быть стабильным нуклидом ). Этот единственный нуклид будет иметь характерную атомную массу . элемента Таким образом, в естественном изотопном содержании преобладает один изотоп , который либо стабилен, либо очень долгоживущий. В первую категорию входят 19 элементов (которые являются как моноизотопными, так и мононуклидными) и 2 ( висмут ^[а] и протактиний ) ко второй категории (мононуклидные, но не моноизотопные, поскольку имеют ноль, а не один стабильный нуклид). Список 21 мононуклидного элемента приведен в конце статьи.

Из 26 моноизотопных элементов , которые по определению имеют только один стабильный изотоп, семь не считаются мононуклидными из-за присутствия значительной доли очень долгоживущего ( первичного ) радиоизотопа. Этими элементами являются ванадий , рубидий , индий , лантан , европий , лютеций и рений .

Использование в метрологии

Многие единицы измерения исторически определялись или до сих пор определяются со ссылкой на свойства конкретных веществ, которые во многих случаях встречаются в природе в виде смесей нескольких изотопов, например:

Единица	Измерение	Эталонное вещество	Соответствующее свойство	Количество распространенных изотопов	Текущий (2022 г.) статус
Второй	Время	Цезий	Частота сверхтонкого перехода	1	Все еще используется и один из 7 базовых блоков SI. ^[2]
Метр	Длина	Криптон	перехода Длина волны	6	Переопределено в 1983 году ^[3]
Несколько	Температура	Вода	Точка плавления , температура кипения и тройная точка.	2 водорода и 3 кислорода	Переопределено в 2019 году ^[4] или несуществующий
Калория и британская тепловая единица	Энергия	Вода	Удельная теплоемкость	2 водорода и 3 кислорода	Калория переопределена в джоулях , БТЕ все еще используются. ^[5] Ни одна из единиц не является частью системы СИ и не рекомендуется для ее использования.
Крот	Количество вещества	Углерод	Атомная масса	3	Переопределено в 2019 году ^[6]
Далтон	Масса	Углерод	Атомная масса	3	Все еще используется и принят к использованию в SI (но не в его части). ^[7]
Кандела	Сила света	Платина	Яркость при температуре плавления	6	Переопределено в 1979 году ^[8]
Миллиметр ртутного столба	Давление	Меркурий	Плотность	7	Переопределено в терминах паскаля , не является частью SI и не рекомендуется для использования в нем.

Поскольку образцы, взятые из разных природных источников, могут иметь слегка разные соотношения изотопов, соответствующие свойства могут различаться между образцами. Если определение просто относится к веществу без учета изотопного состава, это может привести к некоторому уровню двусмысленности в определении и различиям в практической реализации единицы в разных лабораториях, как это наблюдалось в случае с кельвинами до 2007 года. ^[9] Если определение относится только к одному изотопу (как это делает дальтон) или к определенному соотношению изотопов, например, Венский стандарт средней океанской воды , это устраняет источник двусмысленности и вариаций, но добавляет уровни технических сложностей (подготовка образцов желаемое соотношение изотопов) и неопределенность (относительно того, насколько фактический эталонный образец отличается от номинального соотношения). Использование мононуклидных элементов в качестве эталонного материала позволяет обойти эти проблемы, и, в частности, единственным веществом, на которое ссылаются в самой последней версии SI, является цезий, мононуклидный элемент.

Мононуклидные элементы также имеют научное значение, поскольку их атомный вес может быть измерен с высокой точностью, поскольку существует минимальная неопределенность, связанная с содержанием изотопов, присутствующих в данном образце. Другой способ выразить это заключается в том, что для этих элементов стандартный атомный вес и атомная масса одинаковы. ^[10]

На практике только 11 мононуклидных элементов используются в стандартной метрологии атомного веса. Это алюминий , висмут , цезий , кобальт , золото , марганец , фосфор, скандий , натрий , тербий и торий . ^[11]

В спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) тремя наиболее чувствительными стабильными ядрами являются водород-1 ( ¹Н), фтор-19 ( ¹⁹Ф) и фосфор-31 ( ³¹П). Фтор и фосфор моноизотопны, почти моноизотопны водород. ¹H ЯМР , ¹⁹F ЯМР и ³¹P-ЯМР позволяет идентифицировать и изучать соединения, содержащие эти элементы.

Загрязнение нестабильными следовыми изотопами

В природных образцах обнаружены следовые концентрации нестабильных изотопов некоторых мононуклидных элементов. Например, бериллий-10 ( ¹⁰Be), с периодом полураспада 1,4 миллиона лет, производится космическими лучами в Земли верхних слоях атмосферы ; йод-129 ( ¹²⁹I), с периодом полураспада 15,7 млн лет, производится различными космогенными и ядерными механизмами; цезий-137 ( ¹³⁷Cs) с периодом полураспада 30 лет образуется в результате ядерного деления . Такие изотопы используются в различных аналитических и судебно-медицинских целях.

Список 21 мононуклидного элемента

Данные об изотопной массе из журнала «Атомный вес и изотопный состав» под ред. Дж. С. Курси, Д. Д. Шваб и Р. А. Драгосет, Национальный институт стандартов и технологий (2005 г.).

Элемент	Самый стабильный нуклид	З ( п )	Н ( н )	Изотопная масса ( Да )	Период полураспада	Второй наиболее стабильный нуклид	Н ( н )	Период полураспада
бериллий	⁹Быть	4	5	9.012 182(3)	Стабильный	¹⁰Быть	6	1.387(12) × 10 ⁶ и
фтор	¹⁹Ф	9	10	18.998 403 2(5)	Стабильный	¹⁸Ф	9	109,739(9) мин.
натрий	²³Уже	11	12	22.989 770(2)	Стабильный	²²Уже	11	2.6018(22) и
алюминий	²⁷Ал	13	14	26.981 538(2)	Стабильный	²⁶Ал	13	7.17(24) × 10 ⁵ и
фосфор	³¹П	15	16	30.973 761(2)	Стабильный	³³П	18	25,35(11) д
скандий	⁴⁵наук	21	24	44.955 910(8)	Стабильный	⁴⁶наук	25	83,79(4) д
марганец	⁵⁵Мин.	25	30	54.938 049(9)	Стабильный	⁵³Мин.	28	3.7(4) × 10 ⁶ и
кобальт	⁵⁹Ко	27	32	58.933 200(9)	Стабильный	⁶⁰Ко	33	5.2713(8) и
мышьяк	⁷⁵Как	33	42	74.921 60(2)	Стабильный	⁷³Как	40	80,30(6) д
иттрий	⁸⁹И	39	50	88.905 85(2)	Стабильный	⁸⁸И	49	106,616(13) д
ниобий	⁹³Нб	41	52	92.906 38(2)	Стабильный	⁹²Нб	51	3.47(24) × 10 ⁷ и
родий	¹⁰³резус	45	58	102.905 50(2)	Стабильный	^{102 м}резус	57	3,742(10) и
йод	¹²⁷я	53	74	126.904 47(3)	Стабильный	¹²⁹я	76	1.57(4) × 10 ⁷ и
Цезий	¹³³Cs	55	78	132.905 45(2)	Стабильный	¹³⁵Cs	80	2.3 × 10 ⁶ и
празеодим	¹⁴¹Пр	59	82	140.907 65(2)	Стабильный	¹⁴³Пр	84	13,57(2) д
тербий	¹⁵⁹Тб	65	94	158.925 34(2)	Стабильный	¹⁵⁸Тб	93	180(11) и
гольмий	¹⁶⁵К	67	98	164.930 32(2)	Наблюдательно стабильный	¹⁶³К	97	4570(25) и
тулий	¹⁶⁹Тм	69	100	168.934 21(2)	Наблюдательно стабильный	¹⁷¹Тм	102	1,92 (1) и
золото	¹⁹⁷В	79	118	196.966 55(2)	Наблюдательно стабильный	¹⁹⁵В	116	186.098(47) д
висмут	²⁰⁹С	83	126	208.980 38(2)	2.01(8) × 10 ¹⁹ и	^{210 м}С	127	3.04(6) × 10 ⁶ и
протактиний	²³¹Хорошо	91	140	231.035 88(2)	3.276(11) × 10 ⁴ и	²³³Хорошо	142	26,975(13) д

См. также

Примечания

^ До 2003 г. ²⁰⁹Считалось, что Би относится к первой категории. Затем было обнаружено, что период полураспада составляет 10 ¹⁹ лет, что примерно в миллиард раз больше возраста Вселенной. См . Висмут

Ссылки

^ Хаускрофт, CE; Шарп, AG (2012). Неорганическая химия (4-е изд.). Прентис Холл. п. 2. ISBN 978-0273742753 .
^ «Второй — МБМВ» .
^ «Метр – МБМВ» .
^ «Кельвин – МБМВ» .
^ «Британские тепловые единицы (БТЕ) — Управление энергетической информации США (EIA)» .
^ «Крот – МБМВ» .
^ https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9-EN.pdf/2d2b50bf-f2b4-9661-f402-5f9d66e4b507 . ^{[ пустой URL PDF ]}
^ «Кандела – МБМВ» .
^ «Резолюция 10 – МБМВ» .
^ Н. Е. Холден, «Стандартные значения атомного веса мононуклидных элементов - 2001», BNL-NCS-68362 , Брукхейвенская национальная лаборатория (2001).
^ Список мононуклидов ИЮПАК для метрологических целей

[2] До 2003 г. ²⁰⁹Считалось, что Би относится к первой категории. Затем было обнаружено, что период полураспада составляет 10 ¹⁹ лет, что примерно в миллиард раз больше возраста Вселенной. См . Висмут

[1] Хаускрофт, CE; Шарп, AG (2012). Неорганическая химия (4-е изд.). Прентис Холл. п. 2. ISBN 978-0273742753 .

[3] «Второй — МБМВ» .

[4] «Метр – МБМВ» .

[5] «Кельвин – МБМВ» .

[6] «Британские тепловые единицы (БТЕ) — Управление энергетической информации США (EIA)» .

[7] «Крот – МБМВ» .

[8] ttps://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9-EN.pdf/2d2b50bf-f2b4-9661-f402-5f9d66e4b507 . ^{[ пустой URL PDF ]}

[9] «Кандела – МБМВ» .

[10] «Резолюция 10 – МБМВ» .

[11] Н. Е. Холден, «Стандартные значения атомного веса мононуклидных элементов - 2001», BNL-NCS-68362 , Брукхейвенская национальная лаборатория (2001).

[12] Список мононуклидов ИЮПАК для метрологических целей

[1]

[а]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]