Изотопи на железото

Од Википедија — слободната енциклопедија

Железото (Fe) кое се јавува во природата (26Fe) има четири стабилни изотопи: 5,845 % од 54Fe (можеби радиоактивен со полураспад над 4,4⋅1020 години),[1] 91,754 % од 56Fe, 2,119 % од 57Fe и 0,286 % од 58Fe. Познати се 24 радиоактивни изотопи чии периоди на полураспад се наведени подолу, од кои најстабилни се 60Fe (полураспад од 2,6 милиони години) и 55Fe (полураспад од 2,7 години).

Во минатото, напорите за одредување на изотопниот состав на железото се сосредоточени во утврдување на варијациите на 60Fe кои се должат на процесот кој ги придружува нуклеосинтезата (т.е. изучувањата на метеорити) и рудообразбата. Во поново време, технолошкиот напредок во масената спектрометрија овозможува пронаоѓање и мерење на ситните природни варијации во уделот на стабилните изотопи на железото. Овие изучувања ги предводат стручњаци од област ана геонауката и планетологијата, иако почнува да се јавува и примена во биолошките и индустриските системи.[2]

Список на изотопи[уреди | уреди извор]

Нуклид
[б 1]
Z N Изотопна маса (Da)
[б 2][б 3]
Полураспад
[б 4]
Распаден
облик

[б 5]
Изведен
изотоп

[б 6]
Спин и
парност
[б 7][б 4]
Природна застапеност (моларен удел)
Енергија на возбуда Нормален сразмер Варијантен опсег
45Fe 26 19 45,01458(24)# 1,89(49) мс β+ (30 %) 45Mn 3/2+#
2p (70 %) 43Cr
46Fe 26 20 46,00081(38)# 9(4) мс
[12(+4-3) мс]
β+ (>99,9 %) 46Mn 0+
β+, p (<,1 %) 45Cr
47Fe 26 21 46,99289(28)# 21,8(7) мс β+ (>99,9 %) 47Mn 7/2−#
β+, p (<,1 %) 46Cr
48Fe 26 22 47,98050(8)# 44(7) мс β+ (96,41 %) 48Mn 0+
β+, p (3,59 %) 47Cr
49Fe 26 23 48,97361(16)# 70(3) мс β+, p (52 %) 48Cr (7/2−)
β+ (48 %) 49Mn
50Fe 26 24 49,96299(6) 155(11) мс β+ (>99,9 %) 50Mn 0+
β+, p (<,1 %) 49Cr
51Fe 26 25 50,956820(16) 305(5) мс β+ 51Mn 5/2−
52Fe 26 26 51,948114(7) 8,275(8) ч β+ 52mMn 0+
52mFe 6,81(13) MeV 45,9(6) с β+ 52Mn (12+)#
53Fe 26 27 52,9453079(19) 8,51(2) мин β+ 53Mn 7/2−
53mFe 3040,4(3) keV 2,526(24) мин IT 53Fe 19/2−
54Fe 26 28 53,9396090(5) стабилен при набљудување[б 8] 0+ 0,05845(35) 0,05837–0,05861
54mFe 6526,9(6) keV 364(7) нс 10+
55Fe 26 29 54,9382934(7) 2,737(11) г ЕЗ 55Mn 3/2−
56Fe[б 9] 26 30 55,9349363(5) стабилен 0+ 0,91754(36) 0,91742–0,91760
57Fe 26 31 56,9353928(5) стабилен 1/2− 0,02119(10) 0,02116–0,02121
58Fe 26 32 57,9332744(5) стабилен 0+ 0,00282(4) 0,00281–0,00282
59Fe 26 33 58,9348755(8) 44,495(9) д β 59Co 3/2−
60Fe 26 34 59,934072(4) 2,6×106 г β 60Co 0+ расеан
61Fe 26 35 60,936745(21) 5,98(6) мин β 61Co 3/2−,5/2−
61mFe 861(3) keV 250(10) нс 9/2+#
62Fe 26 36 61,936767(16) 68(2) с β 62Co 0+
63Fe 26 37 62,94037(18) 6,1(6) с β 63Co (5/2)−
64Fe 26 38 63,9412(3) 2,0(2) с β 64Co 0+
65Fe 26 39 64,94538(26) 1,3(3) с β 65Co 1/2−#
65mFe 364(3) keV 430(130) нс (5/2−)
66Fe 26 40 65,94678(32) 440(40) мс β (>99,9 %) 66Co 0+
β, n (<,1 %) 65Co
67Fe 26 41 66,95095(45) 394(9) мс β (>99,9 %) 67Co 1/2−#
β, n (<,1 %) 66Co
67mFe 367(3) keV 64(17) µс (5/2−)
68Fe 26 42 67,95370(75) 187(6) мс β (>99,9 %) 68Co 0+
β, n 67Co
69Fe 26 43 68,95878(54)# 109(9) мс β (>99,9 %) 69Co 1/2−#
β, n (<,1 %) 68Co
70Fe 26 44 69,96146(64)# 94(17) мс 0+
71Fe 26 45 70,96672(86)# 30# мс
[>300 нс]
7/2+#
72Fe 26 46 71,96962(86)# 10# мс
[>300 нс]
0+
 прегледај 
  1. mFe – Возбуден јадрен изомер.
  2. ( ) – Неизвесноста (1σ) е дадена во концизен облик во загради по соодветните последни цифри.
  3. # – Атомска маса означена со #: вредноста и неизвесноста не се само изведени само од опитни податоци, туку барем делумно од трендови од масената површина (TMS).
  4. 4,0 4,1 # – Вредностите означени со # не се само изведени од опитни податоци, туку барем делумно и од трендови во соседните нуклиди (TNN).
  5. Облици на распад:
    EC: Електронски зафат
    IT: Јадрен преод
    n: Неутронски распад
    p: Протонски распад
  6. Задебелен симбол како изведен – Изведениот производ е стабилен.
  7. ( ) спинова вредност – Означува спин со слаби зададени аргументи.
  8. Се смета дека се распаѓа со β+β+ на 54Cr со период на полураспад од преку 4,4×1020 години[1]
  9. Најмала маса по нуклеон на сите нуклиди; Конечен производ на ѕвездена нуклеосинтеза
  • Атомските маси на стабилните нуклиди (54Fe, 56Fe, 57Fe, and 58Fe) се дадени во оценката на атомски маси на AME2012. Грешките од едно стандардно отстапување се дадени во загради по соодветните последни цифри.[3]

Железо-54[уреди | уреди извор]

54Fe е стабилен при набљудување, но во теорија може да се распадне на 54Cr, со полурапад од преку 4,4⋅1020 години со двоен електронски зафат (εε).[1]

Железо-56[уреди | уреди извор]

Изотопот 56Fe е изотопот со најмала маса по нуклеон, 930,412 MeV/c2, иако не со највисоката врзивна енергија по нуклеон (тоа е никелот-62).[4] Меѓутоа, поради поединостите на нуклеосинтезата, 56Fe е почест краен производ на врзивните вериги во крајно масивни ѕвезди и затоа е почест во вселената во однос на другите метали како 62Ni, 58Fe и 60Ni — сите со многу висока врзивна енергија.

Железо-57[уреди | уреди извор]

Изотопот 57Fe наоѓа широка примена во Месбауеровата спектроскопија и сродната јадренорезонантна вибрациска спектроскопија поради малата природна варијација во енергијата на јадрениот преод од 14,4 keV.[5] Со овој преод е постигнато првото дефинитнвно мерење на гравитационото црвено поместување со Паунд-Ребекиниот опит од 1960 г.[6]

Железо-58[уреди | уреди извор]

Железо-60[уреди | уреди извор]

Железото-60 е изотоп со полураспад од 2,6 милиони години,[7][8]. При бета-распад дава кобалт-60, кој потоа по полураспад од 5 години станува стабилен никел-60. Траги од железо-60 се пронајдени во примероци од Месечината.

Во фазите на метеоритите Семаркона и Червониј Кут пронајдена е заемна врска помеѓу концентрацијата на 60Ni, изведениот изотоп од 60Fe, и застапеноста на стабилни железни изотопи, што е доказ за постоењето на 60Fe при настанокот на Сончевиот Систем. Можно е енергијата ослободена од распадот на 60Fe и на радионуклидот 26Al да придонеле кон повторното топење и раслојување на астероидите по нивниот настанок пред 4,6 милијарди години. Изобилството на 60Ni во вонземскиот материјал може понатаму да даде повеќе увид во потеклото на Сончевиот Систем и неговата рана историја.

Железото-60 пронајдено во фосилизираните бактерии од наслагите на морското дно укажуваат на постоењето на супернова во близина на Сончевиот Систем пред околу 2 милиони години.[9][10] Железото-60 се среќава и во наслаги од пред 8 милиони години.[11]

Во 2019 г. истражувачите пронашле ѕвезден 60Fe на Антарктикот, кој го поврзуваа тсо Месниот Меѓуѕвезден Облак.[12]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. 1,0 1,1 1,2 Bikit, I.; Krmar, M.; Slivka, J.; Vesković, M.; Čonkić, Lj.; Aničin, I. (1998). „New results on the double β decay of iron“. Physical Review C. 58 (4): 2566–2567. Bibcode:1998PhRvC..58.2566B. doi:10.1103/PhysRevC.58.2566.
  2. N. Dauphas; O. Rouxel (2006). „Mass spectrometry and natural variations of iron isotopes“. Mass Spectrometry Reviews. 25 (4): 515–550. Bibcode:2006MSRv...25..515D. doi:10.1002/mas.20078. PMID 16463281.
  3. Wang, M.; Audi, G.; Wapstra, A.H.; Kondev, F.G.; MacCormick, M.; Xu, X.; Pfeiffer, B. (2012). „The Ame2012 atomic mass evaluation“. Chinese Physics C. 36 (12): 1603–2014. Bibcode:2012ChPhC..36....3M. doi:10.1088/1674-1137/36/12/003.
  4. Fewell, M. P. (1995). „The atomic nuclide with the highest mean binding energy“. American Journal of Physics. 63 (7): 653. Bibcode:1995AmJPh..63..653F. doi:10.1119/1.17828.
  5. R. Nave. „Mossbauer Effect in Iron-57“. HyperPhysics. Georgia State University. Посетено на 13 октомври 2009.
  6. Pound, R. V.; Rebka Jr. G. A. (1 април 1960). „Apparent weight of photons“. Physical Review Letters. 4 (7): 337–341. Bibcode:1960PhRvL...4..337P. doi:10.1103/PhysRevLett.4.337.
  7. Rugel, G.; Faestermann, T.; Knie, K.; Korschinek, G.; Poutivtsev, M.; Schumann, D.; Kivel, N.; Günther-Leopold, I.; Weinreich, R.; Wohlmuther, M. (2009). „New Measurement of the 60Fe Half-Life“. Physical Review Letters. 103 (7): 72502. Bibcode:2009PhRvL.103g2502R. doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502. PMID 19792637.[мртва врска]
  8. „Eisen mit langem Atem“. scienceticker. 27 август 2009. Архивирано од изворникот на 3 февруари 2018. Посетено на 22 мај 2010.
  9. Belinda Smith (9 август 2016). „Ancient bacteria store signs of supernova smattering“. Cosmos.
  10. Peter Ludwig; и др. (16 август 2016). „Time-resolved 2-million-year-old supernova activity discovered in Earth's microfossil record“. PNAS. 113 (33): 9232–9237. arXiv:1710.09573. Bibcode:2016PNAS..113.9232L. doi:10.1073/pnas.1601040113. PMC 4995991. PMID 27503888.
  11. Colin Barras (14 октомври 2017). „Fires may have given our evolution a kick-start“. New Scientist. 236 (3147): 7. Bibcode:2017NewSc.236....7B. doi:10.1016/S0262-4079(17)31997-8.
  12. Koll, Dominik; et., al. (2019). „Interstellar 60Fe in Antarctica“. Physical Review Letters. 123 (7): 072701. Bibcode:2019PhRvL.123g2701K. doi:10.1103/PhysRevLett.123.072701. PMID 31491090.

Извори[уреди | уреди извор]

Маси на изтотопите:

Состав на изотопите и стандардни атомски маси:

  • de Laeter, John Robert; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin J. R.; Taylor, Philip D. P. (2003). „Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)“. Pure and Applied Chemistry. 75 (6): 683–800. doi:10.1351/pac200375060683.
  • Wieser, Michael E. (2006). „Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)“. Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051.
  • „News & Notices: Standard Atomic Weights Revised“. International Union of Pure and Applied Chemistry. 19 October 2005.

Период на полураспад, спин и изомерни податоци: