Список элементов по стабильности изотопов

изотопов Периоды полураспада . Более темная область более стабильного изотопа отходит от линии протонов (Z) = нейтронов (N), поскольку число элемента Z становится больше.

Это список химических элементов по стабильности их изотопов . Из первых 82 элементов таблицы Менделеева 80 имеют изотопы, которые считаются стабильными. Всего известен 251 стабильный изотоп.

Фон

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов , которые притягиваются друг к другу посредством ядерной силы , в то время как протоны отталкивают друг друга посредством электрической силы из-за своего положительного заряда . Эти две силы конкурируют, в результате чего некоторые комбинации нейтронов и протонов оказываются более стабильными, чем другие. Нейтроны стабилизируют ядро, поскольку притягивают протоны, что помогает компенсировать электрическое отталкивание между протонами. В результате по мере увеличения числа протонов возрастающее соотношение нейтронов к протонам для образования стабильного ядра необходимо ; если нейтронов слишком много или слишком мало по сравнению с оптимальным соотношением, ядро ​​становится нестабильным и подвержено определенным типам ядерного распада . Нестабильные изотопы распадаются различными путями радиоактивного распада , чаще всего альфа-распадом , бета-распадом или захватом электронов . многие редкие типы распада, такие как спонтанное деление или кластерный распад Известны . (Подробнее см . в разделе Радиоактивный распад .)

Из первых 82 элементов таблицы Менделеева 80 имеют изотопы, которые считаются стабильными. 83-й элемент, висмут, традиционно считался самым тяжелым стабильным изотопом висмута-209 , но в 2003 году исследователи из Орсе , Франция, измерили полураспада период ²⁰⁹
С
быть 1,9 × 10 ¹⁹ годы . Технеций и прометий ( атомные номера 43 и 61 соответственно). ), а все элементы с атомным номером более 82 имеют только изотопы, которые, как известно, разлагаются в результате радиоактивного распада . Ожидается, что ни один из неоткрытых элементов не будет стабильным; поэтому свинец считается самым тяжелым стабильным элементом. Однако возможно, что некоторые изотопы, которые сейчас считаются стабильными, будут распадаться с чрезвычайно длительными периодами полураспада (как в случае с ²⁰⁹
С
). В этом списке отражено то, что согласовано консенсусом научного сообщества по состоянию на 2023 год.

Для каждого из 80 стабильных элементов указано количество стабильных изотопов. Ожидается, что только 90 изотопов будут совершенно стабильными, а еще 161 изотоп энергетически нестабильны. но никогда не наблюдалось распада. Таким образом, 251 изотоп ( нуклид ) стабильны по определению (включая тантал-180m, распад которого пока не наблюдался). Ожидается, что те вещества, которые в будущем могут оказаться радиоактивными, будут иметь период полураспада более 10 ²² лет (например, ксенон-134).

В апреле 2019 года было объявлено, что период полураспада ксенона-124 составил 1,8 × 10. ²² годы. Это самый длительный период полураспада, измеренный напрямую для любого нестабильного изотопа; только период полураспада теллура-128 длиннее.

Из химических элементов только 1 элемент ( олово ) имеет 10 таких стабильных изотопов, 5 имеют 7 стабильных изотопов, 7 имеют 6 стабильных изотопов, 11 имеют 5 стабильных изотопов, 9 имеют 4 стабильных изотопа, 5 имеют 3 стабильных изотопа, 16 имеют 2 стабильных изотопа. стабильные изотопы, а 26 имеют 1 стабильный изотоп.

Кроме того, около 31 нуклида встречающихся в природе элементов имеют нестабильные изотопы с периодом полураспада, превышающим возраст Солнечной системы (~ 10 ⁹ лет и более). Еще четыре нуклида имеют период полураспада более 100 миллионов лет, что намного меньше возраста Солнечной системы, но достаточно долго, чтобы некоторые из них выжили. Эти 35 радиоактивных нуклидов природного происхождения составляют первичные радиоактивные нуклиды . Тогда общее количество первичных нуклидов составляет 251 (стабильные нуклиды) плюс 35 радиоактивных первичных нуклидов, всего 286 первичных нуклидов. Это число может измениться, если на Земле будут обнаружены новые короткоживущие первобытные существа.

Одним из первичных нуклидов является тантал-180m , период полураспада которого, по прогнозам, превышает 10 ¹⁵ лет, но никогда не наблюдалось распада. Еще более длительный период полураспада - 2,2 × 10. ²⁴ лет теллура-128 было измерено с помощью уникального метода обнаружения его радиогенного дочернего ксенона-128 , и это самый длинный из известных экспериментально измеренных периодов полураспада. Другим примечательным примером является единственный встречающийся в природе изотоп висмута, висмут-209 , который, по прогнозам, является нестабильным с очень длительным периодом полураспада, но наблюдался его распад. Из-за длительного периода полураспада такие изотопы до сих пор встречаются на Земле в различных количествах и вместе со стабильными изотопами называются первичными изотопами . Все первичные изотопы приведены в порядке убывания их распространенности на Земле . Список первичных нуклидов в порядке периода полураспада см. в разделе « Список нуклидов» .

118 химических элементов Известно, что существует . Все элементы до элемента 94 встречаются в природе, а остальные обнаруженные элементы производятся искусственно, при этом все изотопы, как известно, высокорадиоактивны с относительно коротким периодом полураспада (см. Ниже). Элементы в этом списке упорядочены по времени жизни их наиболее стабильного изотопа. Из них три элемента ( висмут , торий и уран ) являются первичными, поскольку их период полураспада достаточно велик, чтобы их еще можно было найти на Земле. тогда как все остальные производятся либо путем радиоактивного распада , либо синтезируются в лабораториях и ядерных реакторах . Только 13 из 38 известных, но нестабильных элементов имеют изотопы с периодом полураспада не менее 100 лет. Каждый известный изотоп остальных 25 элементов высокорадиоактивен; они используются в академических исследованиях, а иногда и в промышленности и медицине. Возможно, некоторые из более тяжелых элементов в периодической таблице содержат еще не открытые изотопы с более длительным сроком жизни, чем перечисленные здесь.

В природе на Земле встречается около 338 нуклидов. Они включают 251 стабильный изотоп, а с добавлением 35 долгоживущих радиоизотопов с периодом полураспада более 100 миллионов лет, всего 286 первичных нуклидов , как отмечалось выше. Обнаруженные в природе нуклиды включают не только 286 первичных изотопов, но и еще около 52 короткоживущих изотопов (период полураспада которых составляет менее 100 миллионов лет, слишком короткий, чтобы выжить с момента образования Земли), которые являются дочерьми первичные изотопы (например, радий из урана ); или же они производятся в результате энергетических естественных процессов, например, углерод-14 , полученный из атмосферного азота в результате бомбардировки космическими лучами .

Элементы по числу первичных изотопов

Четное число протонов или нейтронов более стабильно (более высокая энергия связи ) из-за эффектов спаривания , поэтому четно-четные нуклиды гораздо более стабильны, чем нечетно-нечетные. Одним из последствий является то, что стабильных нечетно-нечетных нуклидов мало: на самом деле стабильными являются только пять, а период полураспада еще четырех превышает миллиард лет.

Другой эффект заключается в предотвращении бета-распада многих четно-четных нуклидов в другой четно-четный нуклид с тем же массовым числом, но с меньшей энергией, поскольку распад, происходящий шаг за шагом, должен будет проходить через нечетно-нечетный нуклид с более высокой энергией. ( Двойной бета-распад непосредственно от четного-четного к четно-четному, минуя нечетно-нечетный нуклид, возможен лишь изредка, и этот процесс настолько сильно затруднен, что его период полураспада более чем в миллиард раз превышает возраст Вселенная .) Это приводит к большему количеству стабильных четно-четных нуклидов: до трех для некоторых массовых чисел и до семи для некоторых атомных (протонных) номеров и по крайней мере четырех для всех стабильных с четным числом Z, элементов кроме железа (за исключением стронций и свинец ).

Поскольку ядро ​​с нечетным числом протонов относительно менее стабильно, элементы с нечетными номерами, как правило, имеют меньше стабильных изотопов. Из 26 « моноизотопных » элементов, имеющих только один стабильный изотоп, все, кроме одного, имеют нечетный атомный номер — единственным исключением является бериллий . Кроме того, ни один нечетный элемент не имеет более двух стабильных изотопов, тогда как каждый четный элемент со стабильными изотопами, за исключением гелия, бериллия и углерода, имеет не менее трех. Только один элемент с нечетным номером, калий , имеет три первичных изотопа; ни у кого нет больше трех.

Таблицы

В следующих таблицах приведены элементы с первичными нуклидами , что означает, что элемент все еще может быть идентифицирован на Земле из естественных источников, поскольку он присутствовал с тех пор, как Земля образовалась из солнечной туманности. Таким образом, ни одна из них не является короткоживущей дочерью долгоживущих родительских первобытных особей. Два нуклида, период полураспада которых достаточно велик, чтобы считаться первичными, но как таковые еще не наблюдались окончательно ( ²⁴⁴ Пу и ¹⁴⁶ См), были исключены.

Таблицы элементов отсортированы в порядке убывания количества нуклидов, связанных с каждым элементом. (Список, полностью отсортированный по периодам полураспада нуклидов, со смешиванием элементов, см. в разделе « Список нуклидов» .) Приведены стабильные и нестабильные (отмеченные распады ) нуклиды, символы нестабильных (радиоактивных) нуклидов выделены курсивом. Обратите внимание, что сортировка не совсем дает элементы исключительно в порядке стабильных нуклидов, поскольку некоторые элементы имеют большее количество долгоживущих нестабильных нуклидов, что ставит их впереди элементов с большим количеством стабильных нуклидов. По соглашению, нуклиды считаются «стабильными», если их распад никогда не наблюдался экспериментально или путем наблюдения за продуктами распада (чрезвычайно долгоживущие нуклиды, нестабильные только в теории, такие как тантал-180m, считаются стабильными).

Первая таблица предназначена для элементов с четными атомными номерами , которые, как правило, содержат гораздо больше первичных нуклидов из-за стабильности, обеспечиваемой спариванием протон-протон. Вторая отдельная таблица дана для элементов с нечетными атомными номерами, которые, как правило, содержат гораздо меньше стабильных и долгоживущих (первичных) нестабильных нуклидов.

Первичные изотопы (в порядке убывания распространенности на Земле) ) четных Z-элементов

С	Элемент	Стабильный	Распад	нестабильный, выделен жирным шрифтом нечетное число нейтронов розового цвета
50	полагать	10	—	120 Сн	118 Сн	116 Сн	119 Сн	117 Сн	124 Сн	122 Сн	112 Сн	114 Сн	115 Сн
54	ксенон	7	2	132 Машина	129 Машина	131 Машина	134 Машина	136 Машина	130 Машина	128 Машина	124 Машина	126 Машина
48	кадмий	6	2	114 компакт-диск	112 компакт-диск	111 компакт-диск	110 компакт-диск	113 компакт-диск	116 компакт-диск	106 компакт-диск	108 компакт-диск
52	теллур	6	2	130 Te	128 Te	126 Te	125 Te	124 Te	122 Te	123 Te	120 Te
44	рутений	7	—	102 Ру	104 Ру	101 Ру	99 Ру	100 Ру	96 Ру	98 Ру
66	диспрозий	7	—	164 Те	162 Те	163 Те	161 Те	160 Те	158 Те	156 Те
70	иттербий	7	—	174 Ыб	172 Ыб	173 Ыб	171 Ыб	176 Ыб	170 Ыб	168 Ыб
80	Меркурий	7	—	202 ртуть	200 ртуть	199 ртуть	201 ртуть	198 ртуть	204 ртуть	196 ртуть
42	молибден	6	1	98 Мо	96 Мо	95 Мо	92 Мо	100 Мо	97 Мо	94 Мо
56	барий	6	1	138 Нет	137 Нет	136 Нет	135 Нет	134 Нет	132 Нет	130 Нет
64	гадолиний	6	1	158 Б-г	160 Б-г	156 Б-г	157 Б-г	155 Б-г	154 Б-г	152 Б-г
60	неодим	5	2	142 Нд	144 Нд	146 Нд	143 Нд	145 Нд	148 Нд	150 Нд
62	самарий	5	2	152 см	154 см	147 см	149 см	148 см	150 см	144 см
76	осмий	5	2	192 Ты	190 Ты	189 Ты	188 Ты	187 Ты	186 Ты	184 Ты
46	палладий	6	—	106 ПД	108 ПД	105 ПД	110 ПД	104 ПД	102 ПД
68	эрбий	6	—	166 Является	168 Является	167 Является	170 Является	164 Является	162 Является
20	кальций	5	1	40 Что	44 Что	42 Что	48 Что	43 Что	46 Что
34	селен	5	1	80 Се	78 Се	76 Се	82 Се	77 Се	74 Се
36	криптон	5	1	84 НОК	86 НОК	82 НОК	83 НОК	80 НОК	78 НОК
72	гафний	5	1	180 хф	178 хф	177 хф	179 хф	176 хф	174 хф
78	платина	5	1	195 Пт	194 Пт	196 Пт	198 Пт	192 Пт	190 Пт
22	титан	5	—	48 Из	46 Из	47 Из	49 Из	50 Из
28	никель	5	—	58 В	60 В	62 В	61 В	64 В
30	цинк	5	—	64 Зн	66 Зн	68 Зн	67 Зн	70 Зн
32	германий	4	1	74 Ге	72 Ге	70 Ге	73 Ге	76 Ге
40	цирконий	4	1	90 Зр	94 Зр	92 Зр	91 Зр	96 Зр
74	вольфрам	4	1	184 В	186 В	182 В	183 В	180 В
16	сера	4	—	32 С	34 С	33 С	36 С
24	хром	4	—	52 Кр	53 Кр	50 Кр	54 Кр
26	железо	4	—	56 Фе	54 Фе	57 Фе	58 Фе
38	стронций	4	—	88 старший	86 старший	87 старший	84 старший
58	церий	4	—	140 Этот	142 Этот	138 Этот	136 Этот
82	вести	4	—	208 Pb	206 Pb	207 Pb	204 Pb
8	кислород	3	—	16 ТО	18 ТО	17 ТО
10	неон	3	—	20 Ne	22 Ne	21 Ne
12	магний	3	—	24 мг	26 мг	25 мг
14	кремний	3	—	28 И	29 И	30 И
18	аргон	3	—	40 С	36 С	38 С
2	гелий	2	—	4 Он	3 Он
6	углерод	2	—	12 С	13 С
92	уран	0	2	238 В	235 В
4	бериллий	1	—	9 Быть
90	торий	0	1	232 че

Первичные изотопы элементов с нечетным Z

С	Элемент	Удар	декабрь	нестабильный: жирный нечетная N розового цвета
19	калий	2	1	39 К	41 К	40 К
1	водород	2	—	1 ЧАС	2 ЧАС
3	литий	2	—	7 Что	6 Что
5	бор	2	—	11 Б	10 Б
7	азот	2	—	14 Н	15 Н
17	хлор	2	—	35 кл.	37 кл.
29	медь	2	—	63 С	65 С
31	галлий	2	—	69 Здесь	71 Здесь
35	бром	2	—	79 Бр	81 Бр
47	серебро	2	—	107 В	109 В
51	сурьма	2	—	121 Сб	123 Сб
73	тантал	2	—	181 Облицовка	180 м Облицовка
77	иридий	2	—	193 И	191 И
81	таллий	2	—	205 Тл	203 Тл
23	ванадий	1	1	51 V	50 V
37	рубидий	1	1	85 руб.	87 руб.
49	индий	1	1	115 В	113 В
57	лантан	1	1	139 La	138 La
63	европий	1	1	153 Евросоюз	151 Евросоюз
71	Лютеций	1	1	175 Лу	176 Лу
75	рений	1	1	187 Ре	185 Ре
9	фтор	1	—	19 Ф
11	натрий	1	—	23 Уже
13	алюминий	1	—	27 Ал
15	фосфор	1	—	31 П
21	скандий	1	—	45 наук
25	марганец	1	—	55 Мин.
27	кобальт	1	—	59 Ко
33	мышьяк	1	—	75 Как
39	иттрий	1	—	89 И
41	ниобий	1	—	93 Нб
45	родий	1	—	103 резус
53	йод	1	—	127 я
55	Цезий	1	—	133 Cs
59	празеодим	1	—	141 Пр
65	тербий	1	—	159 Тб
67	гольмий	1	—	165 К
69	тули	1	—	169 Тм
79	золото	1	—	197 В
83	висмут	0	1	209 С

Элементы, не имеющие первичных изотопов

Никаких первичных изотопов
Самый долгоживущий изотоп > 1 дня

С	Элемент	т 1⁄2	Самый длинный- жил изотоп
94	плутоний	8.08 × 10 7  тот	244 Мог
96	суд	1.56 × 10 7 тот	247 См
43	технеций	4.21 × 10 6 тот	97 Тс
93	Нептун	2.14 × 10 6 тот	237 Например
91	протактиний	32 760 в год	231 Хорошо
95	америций	7370 в год	243 Являюсь
88	радий	1600 в год	226 Солнце
97	берклий	1380 в год	247 Бк
98	Калифорния	900 в год	251 См.
84	полоний	125 в год	209 Po
89	актиний	21,772 в год	227 И
61	обещать	17,7 лет	145 вечера
99	эйнштейний	1,293 в год	252 Является
100	фермий	100,5 д	257 Фм
101	Менделеев	51,3 д.	258 Мэриленд
86	радон	3,823 д	222 Рн

Никаких первичных изотопов
Самый долгоживущий изотоп < 1 дня

С	Элемент	т 1⁄2	Самый длинный- жил изотоп
105	дубний	16 ч.	268 ДБ
103	Лоуренс	11 ч.	266 лр
85	астат	8,1 ч.	210 В
102	дворянин	58 мин.	259 Нет
104	резерфордий	48 мин.	267 РФ
87	франций	22 мин.	223 Пт
106	сиборгий	14 мин.	269 Сг
107	борий	2,4 мин.	270 Бх
111	рентген	1,7 мин.	282 Рг
112	Коперник	28 с	285 Сп
108	хассий	16 с	269 Хс
110	Дармштадтий	12,7 с	281 Дс
113	никто	9,5 с	286 Нх
109	мейтнерий	4,5 с	278 гора
114	флеровий	1,9 с	289 В
115	Москва	650 мс	290 Мак
116	ливерморий	57 мс	293 Лев
117	теннессин	51 мс	294 Ц
118	оганессон	690 мкс	294 И

Таблица Менделеева, элементы которой окрашены в соответствии с периодом полураспада их наиболее стабильного изотопа.

  Элементы, содержащие хотя бы один стабильный изотоп.

  Слаборадиоактивные элементы: самый стабильный изотоп очень долгоживущий, период полураспада превышает два миллиона лет.

  Радиоактивные элементы: период полураспада наиболее стабильного изотопа составляет от 800 до 34 000 лет.

  Значительно радиоактивные элементы: период полураспада наиболее стабильного изотопа составляет от одного дня до 130 лет.

  Высокорадиоактивные элементы: период полураспада наиболее стабильного изотопа составляет от нескольких минут до одного дня.

  Чрезвычайно радиоактивные элементы: период полураспада самого стабильного из известных изотопов составляет менее нескольких минут.

См. также

• Остров стабильности
• Изотоп § Ядерные свойства и стабильность
• Список нуклидов
• Список радиоактивных нуклидов по периоду полураспада
• Первичный нуклид
• Стабильный нуклид
• Соотношение стабильных изотопов
• Таблица нуклидов