Elemente chimice pentru stabilitatea izotopului

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Aceasta este o listă a elementelor chimice și a izotopilor acestora, enumerate în termeni de stabilitate .

Nucleii atomici constau din protoni și neutroni , care se atrag reciproc datorită forței nucleare , în timp ce protonii se resping reciproc datorită forței electrice datorită sarcinii lor pozitive . Aceste două forțe concurează între ele, rezultând unele combinații de neutroni și protoni care sunt mai stabile decât altele. Neutronii stabilizează nucleul, deoarece se atrag reciproc și cu protoni în mod egal datorită efectului forței nucleare, care este suficient de puternică pentru a ajuta la compensarea repulsiei electrice dintre protoni. În consecință, odată cu creșterea numărului de protoni, este necesar un raport crescând între neutroni și protoni pentru a forma un nucleu stabil.

Cu toate acestea, dacă numărul de protoni este prea mare sau prea mic în comparație cu raportul optim, nucleul devine instabil și este supus anumitor tipuri de dezintegrare nucleară . Izotopii instabili se degradează prin diferite moduri de dezintegrare radioactivă , dintre care cele mai frecvente sunt decăderea alfa , decăderea beta sau captarea electronilor . Cu toate acestea, sunt cunoscute alte tipuri mai rare de decădere, cum ar fi fisiunea spontană sau dezintegrarea clusterelor .

Generalitate

Timpii de înjumătățire ai izotopilor. Rețineți că regiunea mai întunecată a izotopilor mai stabili se îndepărtează de linia protonului (Z) = neutroni (N), pe măsură ce numărul Z al elementului devine mai mare

Dintre primele 82 de elemente ale tabelului periodic , 80 au izotopi considerați stabili. [1] Tehnițiu , prometiu ( numerele atomice 43 și respectiv 61) [2] și toate elementele cu un număr atomic peste 82 au numai izotopi despre care se știe că se descompun prin dezintegrare radioactivă . Nu se așteaptă ca acestea să aibă altele stabile, dar nedescoperite; de aceea plumbul este considerat cel mai greu element stabil. Cu toate acestea, este posibil ca în viitor să se descopere că unii izotopi considerați în prezent stabili se descompun de fapt cu perioade de înjumătățire extrem de lungi (așa cum sa întâmplat în 2003 cu bismut-209 care anterior era considerat stabil). [3] [4] Această listă descrie rezultatele consensului comunității științifice până în 2008. [1]

Pentru fiecare dintre cele 80 de elemente stabile, este dat numărul de izotopi stabili. Doar 90 de izotopi sunt așteptați să fie perfect stabili, iar alți 165 sunt stabili din punct de vedere energetic, dar nu s-a observat niciodată că se descompun. Prin urmare, 255 izotopi ( nuclizi ) sunt stabili prin definiție. Acestea sunt izotopii formal stabili . Cei descoperiți că sunt radioactivi în viitor se așteaptă să aibă timp de înjumătățire mai lung de 10 până la 22 de ani (de exemplu, xenon-134).

Dintre elementele chimice, doar unul ( staniu ) are 10 astfel de izotopi stabili, unul ( xenon ) are nouă izotopi, patru au șapte izotopi, nouă au șase izotopi, nouă au cinci izotopi, nouă au patru izotopi, cinci au trei izotopi stabili, șaisprezece au doi izotopi stabili și douăzeci și șase au un singur izotop stabil. [1] Astfel, există în prezent 255 nuclizi clasificați ca stabili, deoarece timpul lor de înjumătățire este prea lung pentru a fi măsurat. Acestea includ Ta-180m, pentru care nu s-a observat încă nicio descompunere.

În plus, aproximativ 28 de nuclizi ai celor 94 de elemente naturale au izotopi stabili cu perioade de înjumătățire mai mari decât vârsta sistemului solar (~ 10-9 ani sau mai mult). [5] Alți cinci nuclizi au timp de înjumătățire mai lung de 80 de milioane de ani, ceea ce este cu mult mai mic decât vârsta sistemului solar, dar suficient de lungă pentru ca unii dintre ei să supraviețuiască. Acești 33 nuclizi radioactivi naturali formează nuclizii radioactivi primordiali . Numărul total de nuclizi primordiali este apoi de 255 (nucleidii stabili) plus 33 de nuclizi primordiali radioactivi, pentru un total de 288 nuclizi primordiali. Acest număr poate fi modificat pe măsură ce pe Pământ se identifică noi primordiale cu o durată mai scurtă. Cu toate acestea, descoperirea că un nuclid stabil crezut anterior este ușor radioactiv (cum ar fi descoperirea acestui tip pentru bismut-209 în anul 2003) nu modifică numărul total de primordiali, deoarece deplasează doar elementul din grupul primordialilor stabilă față de cea a primordialelor radioactive, lăsând suma neschimbată.

Unul dintre nuclizii primordiali este Ta-180 m, despre care se estimează că are un timp de înjumătățire de 10-15 ani, dar nu s-a observat niciodată că se descompune. Timpul de înjumătățire și mai lung al telurului-128, egal cu 7,7 × 10 24 de ani, a fost măsurat cu metoda exclusivă de detectare a copilului radiogen, xenon-128 și este în prezent cel mai lung timp de înjumătățire cunoscut, măsurat experimental. [6] Un alt exemplu notabil este singurul izotop natural al bismutului, care s-a prezis a fi instabil cu un timp de înjumătățire foarte lung, dar a cărui decădere efectivă a fost observată abia recent. Datorită perioadelor lor de înjumătățire îndelungate, astfel de izotopi se găsesc încă pe Pământ în diverse abundențe și împreună cu izotopii stabili sunt numiți izotopi primordiali . Toți izotopii primordiali sunt dați în ordine crescătoare a abundenței lor pe Pământ . [7]

Există 80 de elemente cu un singur izotop stabil, dar aproximativ 112 elemente chimice sunt cunoscute conform confirmării oficiale (118 sunt prezentate în acest tabel). Toate elementele până la 94 se găsesc în natură, în timp ce restul elementelor descoperite sunt produse artificial, cu izotopii cunoscuți ca fiind foarte radioactivi și având timp de înjumătățire relativ scurt. Elementele din această listă sunt sortate în funcție de viața izotopului lor cel mai stabil. [1] Dintre acestea, patru elemente ( bismut , toriu , uraniu și plutoniu ) sunt primordiale deoarece au timp de înjumătățire suficient de lung pentru a fi încă găsite pe Pământ, [8] în timp ce toate celelalte sunt fie produse prin dezintegrare radioactivă, fie sintetizate în laboratoare și în reactoare nucleare . Doar 13 din cele 38 de elemente cunoscute, dar instabile (presupunând că numărul total de elemente este 118) au izotopi cu un timp de înjumătățire de cel puțin 100 de ani. Fiecare izotop cunoscut din restul de 38 - 13 = 25 de elemente este foarte radioactiv; sunt folosite în cercetarea academică și uneori în industrie și medicină . [9] În viitor, s-ar putea arăta că unele dintre elementele mai grele de pe tabelul periodic au izotopi încă nedescoperiți cu perioade de înjumătățire mai lungi decât cele enumerate aici. [10]

Aproximativ 339 de nuclizi apar în mod natural pe Pământ. Acestea cuprind 255 de izotopi stabili și, prin adăugarea celor 33 de radioizotopi de lungă durată cu timp de înjumătățire mai mare de 80 de milioane de ani, dau un total de 288 de nuclizi primordiali , așa cum sa menționat mai sus. Nuclidii găsiți în mod natural includ nu numai cei 288 de primordiali, dar includ și aproximativ 51 de alți izotopi cu durată mai scurtă de viață (definiți ca perioade de înjumătățire mai mici de 80 de milioane de ani, prea scurte pentru a fi supraviețuit formării Pământului) care sunt copii ai izotopilor primordiali (cum ar fi radiul din uraniu ) sau care sunt altfel create prin procese de energie naturală, cum ar fi carbonul 14 format din azot atmosferic prin bombardarea razelor cosmice .

Elemente după numărul de izotopi primordiali

Un număr par de protoni sau neutroni este mai stabil ( energie de legare mai mică) datorităefectelor de cuplare , astfel încât nuclizii pari sunt mult mai stabili decât cei impari. Un efect este acela că există puțini nuclizi stari impari-impari: de fapt, doar patru sunt stabile, alte patru având perioade de înjumătățire mai lungi de un miliard de ani. Un alt efect este acela de a preveni descompunerea beta a multor nuclizi par-egal într-un alt nuclid par-egal cu același număr de masă, dar cu energie mai mică, deoarece dezintegrarea, procedând pas cu pas, ar trebui să treacă printr-un nuclid impar-impar de energie mai mare. Acest lucru face posibil un număr mai mare de nuclizi stabili și uniformi; până la trei pentru unele numere de masă și până la șapte pentru unele numere atomice (protoni). Dezintegrarea beta dublă direct de la pare-pare la par-pare, sărind de un nuclid impar-impar, este posibilă doar ocazional și este un proces atât de grav împiedicat încât are un timp de înjumătățire mai mare de un miliard de ori mai mare decât vârsta universului .

Un alt efect al instabilității unui număr impar al ambelor tipuri de nucleoni este că elementele numerotate impar au tendința de a avea mai puțini izotopi stabili. Dintre cele 26 de elemente „ monoizotopice ” care au un singur izotop stabil, toate cu excepția unuia au un număr atomic impar (singura excepție fiind beriliu ).

Mese

Următoarele tabele furnizează elementele care posedă nuclizi primordiali , ceea ce înseamnă că elementul poate fi încă identificat pe Pământ din surse naturale care au fost prezente încă de când Pământul s-a format din nebuloasa solară . În consecință, nimeni nu este copilul cu viață mai scurtă a unui părinte primitiv cu viață mai lungă, cum ar fi radonul .

Tabelele de elemente sunt sortate în funcție de numărul crescut de nuclizi asociați cu fiecare element. Nuclidii stabili și instabili ( dezintegrări marcate) sunt date cu simboluri nuclide instabile (radioactive) în cursiv. Rețineți că sortarea nu dă exact elementele pur și simplu în ordinea nuclidilor stabili, deoarece unele elemente au un număr mai mare de nuclizi instabili de lungă durată, ceea ce îi plasează în fața elementelor cu un număr mai mare de nuclizi stabili. Prin convenție, nuclidele sunt considerate „stabile” dacă nu s-a observat niciodată că acestea se descompun, fie experimental, fie prin observarea produselor de dezintegrare (nuclizii de lungă durată, care sunt doar teoretic instabili, cum ar fi tantalul-180m, sunt considerați stabili).

Primul tabel este destinat elementelor cu numere atomice pare care tind să aibă nuclizi primordiali mult mai stabili datorită stabilității care le este conferită de cuplajul proton-proton. Un al doilea tabel distinct este dat pentru elementele cu numere atomice impare, care tind să aibă mult mai puțini nuclizi stabili și nuclizi instabili (primordiali) de lungă durată.

Izotopii primordiali (în ordinea descreșterii abundenței pe pământ [7] ) a elementelor cu Z egal
Z
 Element
 Grajd
[1]		 Cade
[1] [5]		 instabil în italice [5]
număr impar de neutroni în roz
50 iaz 10 - 120 Sn 118 Sn 116 Sn 119 Sn 117 Sn 124 Sn 122 Sn 112 Sn 114 Sn 115 Sn
54 xenon 9 - 132 Xe 129 Xe 131 Xe 134 Xe 136 Xe 130 Xe 128 Xe 124 Xe 126 Xe
48 cadmiu 6 2 114 Cd 112 Cd 111 Cd 110 Cd 113 Cd 116 Cd 106 Cd 108 Cd
52 telur 6 2 130 Te 128 Tu 126 Tu 125 tu 124 Tu 122 Tu 123 Tu 120 Te
44 ruteniu 7 - 102 Ru 104 Ru 101 Ru 99 Ru 100 Ru 96 Ru 98 Ru
56 bariu 7 - 138 Ba 137 Ba 136 Ba 135 Ba 134 Ba 130 Ba 132 Ba
66 disproziu 7 - 164 Dy 162 Dy 163 Dy 161 Dy 160 Dy 158 Dy 156 Dy
70 yterter 7 - 174 Yb 172 Yb 173 Yb 171 Yb 176 Yb 170 Yb 168 Yb
80 Mercur 7 - 202 Hg 200 199 201 Hg 198 Hg 204 Hg 196 Hg
42 molibden 6 1 98 Mo 96 Mo 95 Mo 92 Mo 100 Mo 97 Mo 94 Mo
64 gadoliniu 6 1 158 Gd 160 Gd 156 Gd 157 Gd 155 Gd 154 Gd 152 Gd
76 osmiu 6 1 192 Os 190 Os 189 Os 188 Os 187 Hos 186 Hos 184 Hos
60 neodim 5 2 142 Nd 144 Nd 146 Nd 143 Nd 145 Nd 148 150
62 samariu 5 2 152 Sm 154 Sm 147 Sm 149 Sm 148 Sm 150 Sm 144 Sm
36 kripton 6 - 84 Kr 86 Kr 82 Kr 83 Kr 80 Kr 78 Kr
46 paladiu 6 - 106 Pd 108 Pd 105 Pd 110 Pd 104 Pd 102 Pd
68 erbiu 6 - 166 Er 168 Er 167 Er 170 Er 164 Er 162 Er
20 fotbal 5 1 40 aprox 44 Aprox 42 aprox 48 aprox 43 aprox 46 aprox
34 seleniu 5 1 80 Dacă 78 Dacă 76 Dacă 82 Dacă 77 Dacă 74 Dacă
72 hafnium 5 1 180 Hf 178 Hf 177 Hf 179 Hf 176 Hf 174 Hf
78 platină 5 1 195 pct 194 pct 196 Pt 198 pct 192 pct 190 pct
22 titan 5 - 48 Ti 46 Ti 47 Ti 49 Ti 50 Ti
28 nichel 5 - 58 Ni 60 Ni 62 Ni 61 Ni 64 Ni
30 zinc 5 - 64 Zn 66 Zn 68 Zn 67 Zn 70 Zn
32 germaniu 4 1 74 Ge 72 Ge 70 Ge 73 Ge 76 Ge
40 zirconiu 5 1 90 Zr 94 Zr 92 Zr 91 Zr 96 Zr
74 tungsten 4 1 184 V 186 V 182 V 183 V 180 W
16 sulf 4 - 32 S 34 S 33 S 36 S
24 crom 4 - 52 Cr 53 Cr 50 Cr 54 Cr
26 fier 4 - 56 Fe 54 Fe 57 Fe 58 Fe
38 stronţiu 4 - 88 Sr. 86 Sr. 87 Sr. 84 Sr.
58 ceriu 4 - 140 Ce 142 Ce 138 Ce 136 Ce
82 conduce 4 - 208 Pb 206 Pb 207 Pb 204 Pb
8 oxigen 3 - 16 O 18 O 17 O
10 neon 3 - 20 Ne 22 Ne 21 Ne
12 magneziu 3 - 24 Mg 26 Mg 25 Mg
14 siliciu 3 - 28 Da 29 Da 30 Da
18 argon 3 - 40 Ar 36 Ar 38 Ar
2 heliu 2 - 4 El 3 El
6 carbon 2 - 12 C 13 C
nouăzeci și doi uraniu 0 2 238 U [8] 235 U
4 beriliu 1 - 9 Fii
90 toriu 0 1 232 Th
94 plutoniu 0 1 244 Pu
Izotopii primordiali ai elementelor
cu Z impare
Z
 Element
 Înjunghia
 Dec
 instabil: cursiv
N în roz
19 potasiu 2 1 39 K 41 K 40 K
1 hidrogen 2 - 1 H 2 H
3 litiu 2 - 7 Li 6 Li
5 bor 2 - 11 B 10 B
7 azot 2 - 14 Nu 15 Nr.
17 clor 2 - 35 Cl 37 Cl
29 cupru 2 - 63 Cu 65 Cu
31 galiu 2 - 69 Ga 71 Ga
35 brom 2 - 79 fr 81 fr
47 argint 2 - 107 Ag 109 Ag
51 antimoniu 2 - 121 Sb 123 Sb
77 iridiu 2 - 193 Ir 191 Ir
81 taliu 2 - 205 Tl 203 Tl
73 tantal 2 1 181 Ta 180m Ta
23 vanadiu 1 1 51 V 50 V
37 rubidiu 1 1 85 Rb 87 Rb
49 indio 1 1 115 în 113 în
57 lantan 1 1 139 The 138 The
63 europiu 1 1 153 Eu 151 Eu
71 Lutetium 1 1 175 Lu 176 Mo
75 reniu 1 1 187 Regele 185 Regele
9 fluor 1 - 19 F
11 sodiu 1 - 23 Na
13 aluminiu 1 - 27 Al
15 fosfor 1 - 31 P
21 scandiu 1 - 45 Sc
25 mangan 1 - 55 Mn
27 cobalt 1 - 59 Co
33 arsenic 1 - 75 As
39 itriu 1 - 89 Y
41 niobiu 1 - 93 Nb
45 rodiu 1 - 103 Rh
53 iod 1 - 127 I
55 cesiu1 - 133 Cs
59 praseodim 1 - 141 Pr
65 terbiul 1 - 159 Tb
67 holmiu 1 - 165 I
69 tuliu 1 - 169 Tm
79 aur 1 - 197 Au
83 bismut 0 1 209 Bi

Elemente fără izotopi primordiali

Nici un izotop primordial
Cel mai longeviv izotop
în ani / zile
Z
 Element
 t 1/2 din [1] [11] Izotop
din viață
mai lung
96 curium 1,56 × 10 7 in 247 Cm
43 tehnetiu 4,2 × 10 6 in 98 Tc [2]
93 neptuniu 2.144 × 10 6 in 237 Np
91 protactiniu 32 760 a 231 Pa
95 americium 7 370 a 243 am
88 radio 1 602 a 226 Ra
97 berkeliu 1 380 a 247 Bk
98 californiu 898 a 251 Cf
84 poloniu 103 a 209 Po
89 actiniu 21,77 a 227 Ac
61 prometiu 17,7 până la 145 Pm [2]
99 einsteinium 1,29 a 252 Ex [10]
100 fermio 100,5 g 257 Fm [10]
101 mendeleviu 51,5 g 258 Md [10]
86 radon 3,82 g 222 Rn
105 dubnium 1,3 g 268 Db [10]
Nici un izotop primordial
Cel mai longeviv izotop
în ore / minute / secunde
Z
 Element
 t 1/2 din [1] [11] Izotop
din viață
mai lung
104 rutherfordio 13 h 265 Rf [10]
103 laurentius 10 h [12] 264 Lr [10]
85 astatus 8.1 h 210 La
107 bohrium 1,5 ore [12] 273 Bh [10]
106 seaborge 1 oră [12] 272 Sg [10]
108 hassio 1 oră [12] 276 Hs [10]
102 nobelium 58 min 259 Nu [10]
87 francio 22,0 min 223 Fr [10]
113 ununtrio [13] 20 min [12] 287 Uut [10]
111 roentgenius 10 min [12] 283 Rg [10]
109 meitnerio 6 minute [12] 279 Mt [10]
115 ununpentio [13] 1 min [12] 291 Uup [10]
112 copernicium 34 s 285 Cn [10]
110 darmstadtium 10 s 278 Ds [10]
114 flerovio [13] 2,7 s 289 Fl [10]
116 livermorio [13] 5,3 × 10 −2 s 293 Lv [10]
118 oganesson [13] 8,9 × 10 −4 s 294 Uuo [10]
Tabel periodic cu elementele colorate în funcție de timpul de înjumătățire al izotopului lor cel mai stabil.

     Elemente stabile;

     Elemente radioactive cu izotopi cu viață foarte lungă. Timpul de înjumătățire de peste patru milioane de ani le oferă radioactivitate foarte mică, dacă nu chiar neglijabilă;

     Elemente radioactive care pot prezenta riscuri scăzute pentru sănătate. Izotopii lor cei mai stabili au timp de înjumătățire între 800 și 34.000 de ani. Din această cauză, ele au de obicei unele aplicații comerciale;

     Elementele radioactive cunoscute prezintă riscuri ridicate pentru sănătate. Izotopii lor cei mai stabili au timp de înjumătățire între o zi și 103 ani. Radioactivitatea lor le oferă un potențial redus de utilizare comercială;

     Elemente foarte radioactive. Izotopii lor cei mai stabili au timp de înjumătățire între o zi și câteva minute. Acestea prezintă riscuri grave pentru sănătate. Puțini dintre ei găsesc utilizare în afara cercetării de bază;

     Elemente extrem de radioactive. Se știe foarte puțin despre aceste elemente datorită instabilității și radioactivității lor extreme.

Tabel periodic colorat în funcție de numărul de izotopi stabili. Elementele cu numere atomice impare au doar unul sau doi izotopi stabili, în timp ce elementele cu numere atomice pare au toate trei sau mai mulți izotopi stabili, cu excepția primilor trei: heliu, beriliu și carbon.

Notă

  1. ^ a b c d e f g h Sonzogni, Alejandro, Diagrama interactivă a nucleilor , la nndc.bnl.gov , Centrul Național de Date Nucleare, Laboratorul Național Brookhaven. Adus la 6 iunie 2008 .
  2. ^ a b c A se vedea izotopii Technetium pentru o discuție detaliată de ce tehnetium și promethium nu au izotopi stabili.
  3. ^ Belle Dumé, Bismuth bate recordul de înjumătățire la decăderea alfa , Institutul de Fizică Editura, 23 aprilie 2003.
  4. ^ Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc, Jean-Pierre Moalic, Detectarea experimentală a particulelor α din degradarea radioactivă a bismutului natural , în Nature , vol. 422, nr. 6934, aprilie 2003, pp. 876–878, DOI : 10.1038 / nature01541 , PMID 12712201 .
  5. ^ a b c Izotopii care au o perioadă de înjumătățire mai mare de aproximativ 10 8 ani pot fi încă găsiți pe Pământ, dar numai cei cu timp de înjumătățire mai mare 7 × 10 8 ani (începând de la 235 U ) se găsesc în cantități apreciabile. Această listă trece cu vederea câțiva izotopi cu timp de înjumătățire de aproximativ 10 până la 8 ani, deoarece au fost măsurați în cantități mici pe Pământ. Uraniul-234 cu timpul său de înjumătățire de 246.000 de ani și abundența sa izotopică naturală de 0.0055% este un caz special: este un produs de degradare al uraniului-238, mai degrabă decât un nuclid primordial.
  6. ^ (EN) Roman Gas Research on presolar.wustl.edu. Adus la 26 aprilie 2009 (arhivat din original la 28 septembrie 2011) .
  7. ^ a b Există izotopi instabili cu perioade de înjumătățire extrem de lungi care se găsesc și pe Pământ și unii dintre ei sunt chiar mai abundenți decât toți izotopii stabili ai unui element dat (de exemplu, activul 187 Re beta este de două ori mai abundent decât 185 Re stabil) . Mai mult, o abundență naturală mai mare implică pur și simplu că formarea sa a fost favorizată de nucleosinteza stelară precesată care produce materia care constituie acum sistemul solar și Pământul .
  8. ^ a b În timp ce bismutul și toriul au un singur izotop primordial, uraniul are trei izotopi naturali ( 238 U, 235 U și 234 U). Plutoniul-244 este un caz special, deoarece timpul său de înjumătățire (80 de milioane de ani) este abia suficient pentru a-l permite să fie încă găsit pe Pământ în urme.
  9. ^ Vedeți numeroasele aplicații industriale și medicale ale elementelor radioactive în radionuclizi , medicină nucleară , degradare beta , decompunere gamma , cobalt-60 , stronțiu-90 , iod-123
  10. ^ A b c d și f g h i j k l m n sau p q r s t u Pentru elementele cu un număr atomic mai mare de californiu (cu Z> 98) s-ar putea să existe izotopi nedescoperiți, care sunt mai stabili decât sunt cunoscuți cele.
  11. ^ a b Legendă: a = an , g = zi , h = oră , min = minut , s = secundă .
  12. ^ a b c d e f g h Aceste valori nu sunt derivate pur și simplu din date experimentale, ci cel puțin parțial din tendințele sistematice.
  13. ^ a b c d e Niciunul dintre elementele cu un număr atomic peste 112 nu a fost încă confirmat de IUPAC .

Elemente conexe

Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Chemical_elements_for_isotope_stability&oldid=112139430 ”