Изотопы железа
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес И r ° (Fe) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Природное железо ( 26 Fe) состоит из четырех стабильных изотопов : 5,845% 54 Fe (возможно, радиоактивное с полураспадом более 4,4 × 10 20 годы), [ 4 ] 91,754% 56 Fe, 2,119% 57 Fe и 0,286% 58 Фей Существует 28 известных радиоактивных изотопов и 8 ядерных изомеров , наиболее стабильные из которых 60 Fe (период полураспада 2,6 миллиона лет) и 55 Fe (период полураспада 2,7 года).
Большая часть прошлых работ по измерению изотопного состава железа сосредоточена на определении 60 Изменения Fe из -за процессов, сопровождающих нуклеосинтез (т.е., исследования метеоритов ) и образования руды. Однако в последнее десятилетие достижения в области технологии масс -спектрометрии позволили обнаружить и количественно определить минуту, встречающиеся в природе различия в соотношениях стабильных изотопов железа. Большая часть этой работы была обусловлена сообществами Земли и планетарных наук , хотя начинают появляться приложения к биологическим и промышленным системам. [ 5 ]
Список изотопов
[ редактировать ]Нуклид [ n 1 ] |
С | Не | Изотопная масса ( И ) [ 6 ] [ N 2 ] [ n 3 ] |
Период полураспада [ 1 ] [ N 4 ] |
Разлагаться режим [ 1 ] [ n 5 ] |
Дочь изотоп [ n 6 ] |
Спин и паритет [ 1 ] [ n 7 ] [ N 4 ] |
Естественное изобилие (моль -дробь) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | Нормальная пропорция [ 1 ] | Диапазон вариации | |||||||||||||||||
45 Фей | 26 | 19 | 45.01547(30)# | 2.5 (2) MS | 2 P (70%) | 43 Герметичный | 3/2+# | ||||||||||||
беременный + , P (18,9%) | 44 Герметичный | ||||||||||||||||||
беременный + , 2p (7,8%) | 43 V | ||||||||||||||||||
беременный + (3.3%) | 45 Мнжен | ||||||||||||||||||
46 Фей | 26 | 20 | 46.00130(32)# | 13.0 (20) MS | беременный + , P (78,7%) | 45 Герметичный | 0+ | ||||||||||||
беременный + (21.3%) | 46 Мнжен | ||||||||||||||||||
беременный + , 2p? | 44 V | ||||||||||||||||||
47 Фей | 26 | 21 | 46.99235(54)# | 21,9 (2) MS | беременный + , P (88,4%) | 46 Герметичный | 7/2−# | ||||||||||||
беременный + (11.6%) | 47 Мнжен | ||||||||||||||||||
48 Фей | 26 | 22 | 47.980667(99) | 45,3 (6) мс | беременный + (84.7%) | 48 Мнжен | 0+ | ||||||||||||
беременный + , P (15,3%) | 47 Герметичный | ||||||||||||||||||
49 Фей | 26 | 23 | 48.973429(26) | 64,7 (3) мс | беременный + , P (56,7%) | 48 Герметичный | (7/2−) | ||||||||||||
беременный + (43.3%) | 49 Мнжен | ||||||||||||||||||
50 Фей | 26 | 24 | 49.9629880(90) | 152,0 (6) мс | беременный + | 50 Мнжен | 0+ | ||||||||||||
беременный + , p? | 49 Герметичный | ||||||||||||||||||
51 Фей | 26 | 25 | 50.9568551(15) | 305,4 (23) MS | беременный + | 51 Мнжен | 5/2− | ||||||||||||
52 Фей | 26 | 26 | 51.94811336(19) | 8.275 (8) h | беременный + | 52 Мнжен | 0+ | ||||||||||||
52 м Фей | 6960,7 (3) Метод | 45,9 (6) с | беременный + (99.98%) | 52 Мнжен | 12+ | ||||||||||||||
Это (0,021%) | 52 Фей | ||||||||||||||||||
53 Фей | 26 | 27 | 52.9453056(18) | 8,51 (2) мин | беременный + | 53 Мнжен | 7/2− | ||||||||||||
53 м Фей | 3040.4 (3) Метод | 2.54 (2) мин | ЭТО | 53 Фей | 19/2− | ||||||||||||||
54 Фей | 26 | 28 | 53.93960819(37) | Наблюдательно стабильный [ n 8 ] | 0+ | 0.05845(105) | |||||||||||||
54 м Фей | 6527.1 (11) | 364 (7) нс | ЭТО | 54 Фей | 10+ | ||||||||||||||
55 Фей | 26 | 29 | 54.93829116(33) | 27562 (4) и | ЕС | 55 Мнжен | 3/2− | ||||||||||||
56 Фей [ n 9 ] | 26 | 30 | 55.93493554(29) | Стабильный | 0+ | 0.91754(106) | |||||||||||||
57 Фей | 26 | 31 | 56.93539195(29) | Стабильный | 1/2− | 0.02119(29) | |||||||||||||
58 Фей | 26 | 32 | 57.93327358(34) | Стабильный | 0+ | 0.00282(12) | |||||||||||||
59 Фей | 26 | 33 | 58.93487349(35) | 44,500 (12) d | беременный − | 59 Сопутствующий | 3/2− | ||||||||||||
60 Фей | 26 | 34 | 59.9340702(37) | 2.62(4)×10 6 и | беременный − | 60 Сопутствующий | 0+ | след | |||||||||||
61 Фей | 26 | 35 | 60.9367462(28) | 5,98 (6) мин | беременный − | 61 Сопутствующий | (3/2−) | ||||||||||||
61 м Фей | 861.67 (11) Метод | 238 (5) нс | ЭТО | 61 Фей | 9/2+ | ||||||||||||||
62 Фей | 26 | 36 | 61.9367918(30) | 68 (2) с | беременный − | 62 Сопутствующий | 0+ | ||||||||||||
63 Фей | 26 | 37 | 62.9402727(46) | 6.1 (6) с | беременный − | 63 Сопутствующий | (5/2−) | ||||||||||||
64 Фей | 26 | 38 | 63.9409878(54) | 2.0 (2) с | беременный − | 64 Сопутствующий | 0+ | ||||||||||||
65 Фей | 26 | 39 | 64.9450153(55) | 805 (10) MS | беременный − | 65 Сопутствующий | (1/2−) | ||||||||||||
беременный − , n ? | 64 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
65m1 Фей | 393.7 (2) Метод | 1.12 (15) с | беременный − ? | 65 Сопутствующий | (9/2+) | ||||||||||||||
65m2 Фей | 397,6 (2) | 418 (12) нс | ЭТО | 65 Фей | (5/2+) | ||||||||||||||
66 Фей | 26 | 40 | 65.9462500(44) | 467 (29) MS | беременный − | 66 Сопутствующий | 0+ | ||||||||||||
беременный − , n? | 65 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
67 Фей | 26 | 41 | 66.9509300(41) | 394 (9) MS | беременный − | 67 Сопутствующий | (1/2-) | ||||||||||||
беременный − , n? | 66 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
67м1 Фей | 403 (9) | 64 (17) μs | ЭТО | 67 Фей | (5/2+,7/2+) | ||||||||||||||
67м2 Фей | 450 (100) # рейтинги | 75 (21) μs | ЭТО | 67 Фей | (9/2+) | ||||||||||||||
68 Фей | 26 | 42 | 67.95288(21)# | 188 (4) MS | беременный − | 68 Сопутствующий | 0+ | ||||||||||||
беременный − , n? | 67 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
69 Фей | 26 | 43 | 68.95792(22)# | 162 (7) MS | беременный − | 69 Сопутствующий | 1/2−# | ||||||||||||
беременный − , n? | 68 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
беременный − , 2n? | 67 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
70 Фей | 26 | 44 | 69.96040(32)# | 61.4 (7) MS | беременный − | 70 Сопутствующий | 0+ | ||||||||||||
беременный − , n? | 69 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
71 Фей | 26 | 45 | 70.96572(43)# | 34.3 (26) MS | беременный − | 71 Сопутствующий | 7/2+# | ||||||||||||
беременный − , n? | 70 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
беременный − , 2n? | 69 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
72 Фей | 26 | 46 | 71.96860(54)# | 17.0 (10) MS | беременный − | 72 Сопутствующий | 0+ | ||||||||||||
беременный − , n? | 71 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
беременный − , 2n? | 70 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
73 Фей | 26 | 47 | 72.97425(54)# | 12.9 (16) MS | беременный − | 73 Сопутствующий | 7/2+# | ||||||||||||
беременный − , n? | 72 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
беременный − , 2n? | 71 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
74 Фей | 26 | 48 | 73.97782(54)# | 5 (5) MS | беременный − | 74 Сопутствующий | 0+ | ||||||||||||
беременный − , n? | 73 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
беременный − , 2n? | 72 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
75 Фей | 26 | 49 | 74.98422(64)# | 9# MS [> 620 нс] |
беременный − ? | 75 Сопутствующий | 9/2+# | ||||||||||||
беременный − , n? | 74 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
беременный − , 2n? | 73 Сопутствующий | ||||||||||||||||||
76 Фей | 26 | 50 | 75.98863(64)# | 3# MS [> 410 нс] |
беременный − ? | 76 Сопутствующий | 0+ | ||||||||||||
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы: |
- ^ м Fe - возбужденный ядерный изомер .
- ^ () - Неопределенность (1 σ ) приведена в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^ # - атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность, полученные не из чисто экспериментальных данных, но, по крайней мере, отчасти от тенденций с массовой поверхности (TMS).
- ^ Jump up to: а беременный # - Значения, отмеченные #, не являются исключительно из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично от тенденций соседних нукли (TNN).
- ^
Способы распада:
ЕС: Электронный захват ЭТО: Изомерный переход n: Нейтронный выброс П: Протоновый выброс - ^ Смелый символ как дочь - дочерний продукт стабилен.
- ^ () Значение спина - указывает на спин со слабыми аргументами назначения.
- ^ Считается, что распадается β + беременный + к 54 CR с периодом полураспада более 4,4 × 10 20 а [ 4 ]
- ^ Самая низкая масса на нуклеон всех нуклидов; Конечный продукт звездного нуклеосинтеза
Iron-54
[ редактировать ]54 Fe является наблюдением стабильным, но теоретически может распасться до 54 CR, с полураспадом более 4,4 × 10 20 Годы с помощью двойного захвата электронов ( εε ). [ 4 ]
Iron-56
[ редактировать ]56 Fe - самый распространенный изотоп железа. Это также изотоп с самой низкой массой на нуклеон, 930,412 МэВ/С 2 , хотя и не изотоп с наибольшей энергией связывания ядер на нуклеоне, который является никель-62 . [ 7 ] Однако из -за деталей того, как работает нуклеосинтез, 56 Fe - более распространенная конечная точка цепочек слияния внутри Supernovae , где он в основном производится как 56 В. Таким образом, 56 NI чаще встречается во вселенной по сравнению с другими металлами , включая 62 В, 58 Fe и 60 Ни, все из которых имеют очень высокую энергию связывания.
Высокая энергия ядерного связывания для 56 Fe представляет собой точку, где дальнейшие ядерные реакции становятся энергетически неблагоприятными. Из -за этого это одни из самых тяжелых элементов, сформированных в реакциях звездных нуклеосинтеза в массивных звездах. Эти реакции сливаются более легкие элементы, такие как магний, кремний и серная, образуя более тяжелые элементы. Среди более тяжелых сформированных элементов 56 Ni , который впоследствии распадается до 56 CO , а затем 56 Фей
Железный-57
[ редактировать ]57 Fe широко используется в спектроскопии Mössbauer и смежной вибрационной спектроскопии ядерного резонанса из -за низкого естественного изменения энергии ядерного перехода 14,4 кэВ. [ 8 ] Переход был известно, чтобы сделать первое окончательное измерение гравитационного красного смещения в эксперименте 1960 года -ретвы . [ 9 ]
Железный-58
[ редактировать ]Iron-58 может использоваться для борьбы с анемией и низким поглощением железа, для метаболического отслеживания человеческих генов, контролирующих железо, и для отслеживания элементов в природе. [ 10 ] [ 11 ] Iron-58 также является вспомогательным реагентом в синтезе сверхтяничных элементов. [ 11 ]
Железо-60
[ редактировать ]Iron-60 -это железный изотоп с периодом полураспада 2,6 миллиона лет, [ 12 ] [ 13 ] но до 2009 года считалось, что полураспада составляет 1,5 миллиона лет. Он подвергается бета-распаду до Cobalt-60 , который затем распадается с полураспадом около 5 лет до стабильного никеля-60. Следы железа-60 были обнаружены в лунных образцах.
В фазах метеоритов Семаркона и Кхервони Кут , корреляция между концентрацией 60 ni , изотоп великий 60 Fe, и можно найти обилие изотопов устойчивого железа, что является доказательством существования 60 Fe во время формирования солнечной системы. Возможно, энергия, выпущенная распадом 60 FE внесла свой вклад вместе с энергией, высвобождаемой распадом радионуклида 26 Аль , к переводу и дифференциации астероидов . после их образования 4,6 миллиарда лет назад Изобилие 60 NI, присутствующий в внеземных материалах, может также обеспечить дальнейшее понимание происхождения солнечной системы и ее ранней истории.
Iron-60, обнаруженный в окаменелых бактериях в отложениях морских пола, предполагает, что в окрестностях солнечной системы была сверхновая. [ 14 ] [ 15 ] Iron-60 также встречается в отложениях 8 миллионов лет назад. [ 16 ] В 2019 году исследователи нашли межзвездную 60 Fe в Антарктиде , которую они связаны с местным межзвездным облаком . [ 17 ]
Расстояние до сверхновой происхождения можно оценить путем связывания количества железо-60, перехваченного, когда Земля проходит через расширяющуюся выброс сверхновой. Предполагая, что материал, выброшенный в сверхновой, распределяется равномерно от его происхождения как сфера с площадью поверхности 4πr 2 Полем Фракция материала, перехваченная земной, зависит от площади поперечного сечения (πr 2 Земля ), когда он проходит через расширяющийся мусор. Где M EJ - масса выброшенного материала. Предполагая, что перехваченный материал распределяется равномерно по поверхности Земли (4πr 2 Земля ), плотность поверхности массы (σ EJ ) выброса сверхновой на Земле: Количество 60 Атомы Fe на единицу площади, найденные на Земле, могут быть оценены, если типичное количество 60 FE, изгнанный из сверхновой, известен. Это можно сделать путем разделения плотности поверхности (σ EJ ) на атомную массу 60 Фей Уравнение для N 60 может быть перестановлено, чтобы найти расстояние до сверхновой. Пример расчета для расстояния до точки происхождения сверхновой приведен ниже. В этом расчете используются спекулятивные значения для наземных 60 Плотность поверхности атома Fe (n 60 ≈ 4 × 10 11 атомы 2 /м) и приблизительная оценка массы 60 Fe выброшен в результате взрыва сверхновой (10 -5 M ☉ ). Сообщалось о более сложных анализах, которые учитывают поток и показания 60 Fe, а также возможные мешающие фоновые источники. [ 18 ]
Кобальт-60, продукт распада Iron-60, излучает 1,173 МэВ и 1,333 МэВ, когда он разлагается. Эти гамма-линии давно были важными мишенями для астрономии гамма-излучения и были обнаружены интегралом гамма-скважины . Сигнал прослеживает галактическую плоскость , показывая, что 60 Синтез FE продолжается в нашей галактике, и производство зондирующего элемента в массовых звездах. [ 19 ] [ 20 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Kondev, FG; Ван, М.; Хуан, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств Nubase2020» (PDF) . Китайская физика c . 45 (3): 030001. DOI : 10.1088/1674-1137/Abddae .
- ^ «Стандартные атомные веса: железо» . Ciaaw . 1993.
- ^ Прохаска, Томас; Irrgeher, Johanna; Благосостояние, Жаклин; Böhlke, John K.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Ding, наконечник; Данн, Филипп Дж.Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). «Стандартные атомные веса элементов 2021 (технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . doi : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 .
- ^ Jump up to: а беременный в Бикит, я.; Krmar, M.; Slivka, J.; Вескович, м.; Чонкич, LJ.; Аницин И. (1998). «Новые результаты двойного β -распада железа». Физический обзор c . 58 (4): 2566–2567. BIBCODE : 1998 PHRVC..58.2566B . doi : 10.1103/physrevc.58.2566 .
- ^ Н. Дофхас; O. Rouxel (2006). «Массовая спектрометрия и естественные вариации изотопов железа». Обзоры масс -спектрометрии . 25 (4): 515–550. Bibcode : 2006msrv ... 25..515d . doi : 10.1002/mas.20078 . PMID 16463281 .
- ^ Ван, Мэн; Хуан, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Найми С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Китайская физика c . 45 (3): 030003. DOI : 10.1088/1674-1137/Abddaf .
- ^ Фетеэлл, MP (1995). «Атомная нуклида с наивысшей средней энергией связывания» . Американский журнал физики . 63 (7): 653. Bibcode : 1995AMJPH..63..653f . doi : 10.1119/1.17828 .
- ^ Р. Нев. «Эффект Моссбауэра в железе-57» . Гиперфизика . Грузия Государственный университет . Получено 2009-10-13 .
- ^ Фунт, RV; Ребка -младший GA (1 апреля 1960 года). «Очевидный вес фотонов» . Письма о физическом обзоре . 4 (7): 337–341. Bibcode : 1960phrvl ... 4..337p . doi : 10.1103/physrevlett.4.337 .
- ^ «Железный металлический изотоп» . Американские элементы . Получено 2023-06-28 .
- ^ Jump up to: а беременный Васильев, Петр. «Iron-58, Iron-58 изотоп, обогащенный железо-58, металл Iron-58» . www.buyisotope.com . Получено 2023-06-28 .
- ^ Rugel, G.; Faestermann, T.; Knie, K.; Korschinek, G.; Poutivtsev, M.; Schumann, D.; Кивел, Н.; Günther-Leopold, i.; Weinreich, R.; Wohlmuther, M. (2009). "Новое измерение 60 FE полураспада » . Письма о физическом обзоре . 103 (7): 72502. BIBCODE : 2009 PHRVL.103G2502R . DOI : 10.1103/PhysRevlett.103.072502 . PMID 19792637 .
- ^ «Эйзен Мит Лангем Атем» . Scienceticker . 27 августа 2009 г. Архивировано с оригинала 3 февраля 2018 года . Получено 22 мая 2010 года .
- ^ Белинда Смит (9 августа 2016 г.). «Древние бактерии знаки о сверхновых» . Космос .
- ^ Питер Людвиг; и др. (16 августа 2016 г.). «Распределенная по времени 2-миллионная активность сверхновой, обнаруженная в микрофоссийной записи Земли» . ПНА . 113 (33): 9232–9237. Arxiv : 1710.09573 . BIBCODE : 2016PNAS..113.9232L . doi : 10.1073/pnas.1601040113 . PMC 4995991 . PMID 27503888 .
- ^ Колин Баррас (14 октября 2017 г.). «Пожары, возможно, дали нашей эволюции старт» . Новый ученый . 236 (3147): 7. Bibcode : 2017newsc.236 .... 7b . doi : 10.1016/s0262-4079 (17) 31997-8 .
- ^ Чек, Доминик; et., al. (2019). «Межзвездный 60 в Антарктике ". физическом обзоре . 123 7 Bibcode : 2019 . DOI : 10.1103 . ( Письма Fe о : / ) 072701. PhysRevlett.123.072701 Phrvl.123G2701K
- ^ Эртель, Адриенн Ф.; Фрай, Брайан Дж.; Fields, Брайан Д.; Эллис, Джон (20 апреля 2023 г.). «Эволюция пыли сверхновой, исследуемое в истории Deep-Sea 60fe Time» . Астрофизический журнал . 947 (2): 58–83 - через Институт физики (IOP).
- ^ Харрис, MJ; Knödlseder, J.; Джин, П.; Cisana, E.; Diehl, R.; Lichti, GG; Roques, J. -P.; Schanne, S.; Weidenspointner, G. (2005-04-01). «Обнаружение линий γ-излучения от межзвездного 60FE с помощью SPI спектрометра высокого разрешения» . Астрономия и астрофизика . 433 (3): L49 - L52. ARXIV : Astro-PH/0502219 . Bibcode : 2005a & A ... 433L..49H . doi : 10.1051/0004-6361: 200500093 . ISSN 0004-6361 .
- ^ Ван, W.; Siegert, T.; Dai, zg; Diehl, R.; Greiner, J.; Хегер, А.; Краузе, М.; Ланг, М.; Pleintinger, MMM; Чжан, XL (2020-02-01). «Гамма-излучение 60FE и 26AL радиоактивности в нашей галактике» . Астрофизический журнал . 889 (2): 169. Arxiv : 1912.07874 . Bibcode : 2020APJ ... 889..169W . doi : 10.3847/1538-4357/ab6336 . ISSN 0004-637X .
Изотопные массы от:
- Audi, Жорж; Берсильон, Оливье; Блахто, Джин; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), «Оценка n Ubase ядерных и распадных свойств» , Ядерная физика A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003nupha.729 .... 3a , doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11 .001
Изотопные композиции и стандартные атомные массы из:
- де Лейтер, Джон Роберт ; Böhlke, Джон Карл; Де Бивра, Пол; Хидака, Хироши; Пейзер, Х. Штеффен; Росман, Кевин младший; Тейлор, Филипп Д.П. (2003). «Атомные веса элементов. Обзор 2000 (технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 75 (6): 683–800. doi : 10.1351/pac200375060683 .
- Визер, Майкл Э. (2006). «Атомные веса элементов 2005 года (технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 78 (11): 2051–2066. doi : 10.1351/pac200678112051 .
- «Новости и уведомления: стандартные атомные веса пересмотрены» . Международный союз чистой и прикладной химии . 19 октября 2005 г.
Данные полураспада, спин и изомер, выбранные из:
- Audi, Жорж; Берсильон, Оливье; Блахто, Джин; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), «Оценка n Ubase ядерных и распадных свойств» , Ядерная физика A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003nupha.729 .... 3a , doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11 .001
- Национальный центр ядерного обращения . «База данных Nudat 2.x» . Брукхейвенская национальная лаборатория .
- Холден, Норман Э. (2004). «11. Таблица изотопов». В Лиде Дэвид Р. (ред.). Справочник по химии и физике CRC (85 -е изд.). Бока Ратон, Флорида : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- JM Nielsen (1960). Радиохимия железа (PDF) . Национальная академия наук / Национальный исследовательский совет .