Seznam prvků podle stability izotopů - List of elements by stability of isotopes

Atomová jádra se skládají z protonů a neutronů , které se navzájem přitahují prostřednictvím jaderné síly , zatímco protony se navzájem odpuzují prostřednictvím elektrické síly kvůli jejich kladnému náboji . Tyto dvě síly soutěží, což vede k tomu, že některé kombinace neutronů a protonů jsou stabilnější než jiné. Neutrony stabilizují jádro, protože přitahují protony, což pomáhá kompenzovat elektrickou odpudivost mezi protony. Výsledkem je, že se zvyšujícím se počtem protonů je potřebný rostoucí poměr neutronů k protonům , aby se vytvořilo stabilní jádro; pokud je vzhledem k optimálnímu poměru přítomno příliš mnoho nebo příliš málo neutronů, jádro se stává nestabilním a podléhá určitým druhům jaderného rozpadu . Nestabilní izotopy rozkládat přes různé radioaktivního rozpadu drah , nejčastěji alfa rozpad , beta rozpad nebo elektronového záchytu . Je známo mnoho vzácných druhů rozpadu, jako je spontánní štěpení nebo rozpad klastru . (Podrobnosti viz Radioaktivní rozpad .)

Poločasy izotopů . Tmavší stabilnější oblast izotopů se odchyluje od linie protonů (Z) = neutronů (N), protože číslo prvku Z se zvětšuje.

Z prvních 82 prvků v periodické tabulce má 80 izotopy považované za stabilní. 83. prvek, vizmut, byl tradičně považován za nejtěžší stabilní izotop, bismut-209 , ale v roce 2003 výzkumných pracovníků v Orsay , Francie, měřeno na poločas v ²⁰⁹
Bi
být 1,9 × 10 ¹⁹  let . Technecium a promethium ( atomová čísla 43, respektive 61) a všechny prvky s atomovým číslem vyšším než 82 mají pouze izotopy, o nichž je známo, že se rozkládají radioaktivním rozpadem . Očekává se, že žádné neobjevené prvky budou stabilní; olovo je proto považováno za nejtěžší stabilní prvek. Je však možné, že některé izotopy, které jsou nyní považovány za stabilní, se budou rozpadat s extrémně dlouhými poločasy (jako u ²⁰⁹
Bi
). Tento seznam zobrazuje to, na čem se shoduje konsens vědecké komunity od roku 2019.

Pro každý z 80 stabilních prvků je uveden počet stabilních izotopů. Očekává se, že pouze 90 izotopů bude dokonale stabilních a dalších 162 je energeticky nestabilních, ale nikdy nebylo pozorováno, že se rozpadají. 252 izotopů ( nuklidů ) je tedy definičně stabilních (včetně tantalu-180 m, pro který dosud nebyl pozorován žádný rozpad). Očekává se, že u těch, u kterých se v budoucnu zjistí, že jsou radioaktivní, budou mít poločasy delší než 10 ²² let (například xenon-134).

V dubnu 2019 bylo oznámeno, že poločas xenonu-124 byl naměřen na 1,8 × 10 ²² let. Toto je nejdelší poločas přímo měřený pro jakýkoli nestabilní izotop; pouze poločas telluria-128 je delší.

Z chemických prvků má pouze jeden prvek ( cín ) 10 takových stabilních izotopů, pět má sedm izotopů, osm má šest izotopů, deset má pět izotopů, devět má čtyři izotopy, pět má tři stabilní izotopy, 16 má dva stabilní izotopy a 26 má jediný stabilní izotop.

Navíc asi 30 nuklidů přirozeně se vyskytujících prvků má nestabilní izotopy s poločasem rozpadu větším než věk sluneční soustavy (~ 10 ⁹ let nebo více). Další čtyři nuklidy mají poločasy delší než 100 milionů let, což je mnohem méně než věk sluneční soustavy, ale dostatečně dlouhý na to, aby některé z nich přežily. Těchto 34 radioaktivních přirozeně se vyskytujících nuklidů zahrnuje radioaktivní primordiální nuklidy . Celkový počet primordiálních nuklidů je pak 252 (stabilní nuklidy) plus 34 radioaktivních primordiálních nuklidů, tedy celkem 286 primordiálních nuklidů. Toto číslo se může změnit, pokud budou na Zemi identifikovány nové primordiály s kratší životností.

Jedním z prvotních nuklidů je tantal-180 m , u kterého se předpokládá poločas více než 10 ¹⁵ let, ale nikdy nebyl pozorován jeho rozpad. Ještě delší poločas 2,2 × 10 ²⁴ let teluria-128 byl měřen jedinečnou metodou detekce jeho radiogenního dceřiného xenonu-128 a je nejdelší známým experimentálně měřeným poločasem. Dalším pozoruhodným příkladem je jediný přirozeně se vyskytující izotop vizmutu, vizmut-209 , u kterého se předpokládá nestabilita s velmi dlouhým poločasem, ale pozoroval se jeho rozpad. Kvůli jejich dlouhému poločasu se takové izotopy na Zemi stále nacházejí v různých množstvích a společně se stabilními izotopy se jim říká prvotní izotop . Všechny prvotní izotopy jsou uvedeny v pořadí podle jejich klesající hojnosti na Zemi . Seznam prvotních nuklidů v pořadí poločasu je uveden v seznamu nuklidů .

Je známo, že existuje 118 chemických prvků . Všechny prvky k prvku 94 se nacházejí v přírodě a zbytek objevených prvků je uměle vyroben, přičemž všechny izotopy jsou známy jako vysoce radioaktivní s relativně krátkými poločasy (viz níže). Prvky v tomto seznamu jsou seřazeny podle životnosti jejich nejstabilnějšího izotopu. Z nich jsou tři prvky ( vizmut , thorium a uran ) prvotní, protože mají poločasy dostatečně dlouhé na to, aby se na Zemi stále nacházely, zatímco všechny ostatní jsou produkovány buď radioaktivním rozpadem, nebo jsou syntetizovány v laboratořích a jaderných reaktorech . Pouze 13 z 38 známých, ale nestabilních prvků má izotopy s poločasem nejméně 100 let. Každý známý izotop zbývajících 25 prvků je vysoce radioaktivní; používají se v akademickém výzkumu a někdy v průmyslu a medicíně. U některých těžších prvků v periodické tabulce může být odhaleno, že mají dosud neobjevené izotopy s delší životností než zde uvedené.

Na Zemi se přirozeně nachází asi 338 nuklidů. Patří mezi ně 252 stabilních izotopů as přidáním 34 radioizotopů s dlouhým poločasem rozpadu s poločasem delším než 100 milionů let, celkem 286 prvotních nuklidů , jak je uvedeno výše. Nalezené nuklidy přirozeně obsahují nejen 286 primordiálů, ale také obsahují přibližně 52 dalších krátkodobých izotopů (definovaných poločasem méně než 100 milionů let, příliš krátkých na to, aby přežily od vzniku Země), které jsou dcerami prvotní izotopy (jako je radium z uranu ); nebo jsou vyrobeny energetickými přírodními procesy, jako je uhlík-14 vyrobený z atmosférického dusíku bombardováním z kosmických paprsků .

Prvky podle počtu prvotních izotopů

Sudý počet protonů nebo neutronů je stabilnější (vyšší vazební energii ), protože párování účinků , takže i-i nuklidy jsou mnohem stabilnější než lichý-sudý. Jedním z efektů je, že existuje několik stabilních lichých a lichých nuklidů: ve skutečnosti je stabilních pouze pět, další čtyři mají poločasy delší než miliarda let.

Dalším účinkem je zabránit rozpadu beta mnoha sudých i sudých nuklidů na jiný sudý nuklid stejného hmotnostního čísla, ale nižší energie, protože rozpad postupující jeden krok po druhém by musel projít lichým – lichým nuklidem s vyšší energií. ( Dvojitý rozpad beta přímo z sudého – sudého na sudý – sudý, přeskakování lichého-lichého nuklidu, je možný jen příležitostně a jedná se o proces tak silně bráněný, že má poločas rozpadu větší než miliardnásobek stáří Vesmír .) Tím se dosáhne většího počtu stabilních sudých i rovnoměrných nuklidů, až tří pro některá hmotnostní čísla a až sedmi pro některá atomová (protonová) čísla a nejméně čtyř pro všechny stabilní sudé - Z prvků mimo železo (kromě stroncium a olovo ).

Jelikož jádro s lichým počtem protonů je relativně méně stabilní, mají liché prvky tendenci mít méně stabilních izotopů. Z 26 „ monoisotopických “ prvků, které mají pouze jeden stabilní izotop, mají všechny kromě jednoho liché atomové číslo - jedinou výjimkou je berylium . Kromě toho žádný lichý prvek nemá více než dva stabilní izotopy, zatímco každý sudý prvek se stabilními izotopy, kromě helia, berylia a uhlíku, má alespoň tři. Pouze jediný lichý prvek, draslík , má tři prvotní izotopy; nikdo nemá více než tři.

Tabulky

V následujících tabulkách jsou uvedeny prvky s prvotními nuklidy , což znamená, že prvek lze na Zemi stále identifikovat z přírodních zdrojů, které byly přítomny od doby, kdy byla Země vytvořena ze sluneční mlhoviny. Žádná tedy není dcerou kratšího života rodičovských pravěkců s delší životností, jako je radon . Byly vyloučeny dva nuklidy, které mají poločasy dostatečně dlouhé na to, aby byly prvotní, ale dosud nebyly přesvědčivě pozorovány jako takové ( ²⁴⁴ Pu a ¹⁴⁶ Sm).

Tabulky prvků jsou seřazeny v pořadí podle klesajícího počtu nuklidů spojených s každým prvkem. (Seznam seřazený zcela podle poločasů rozpadu nuklidů, s míšením prvků, viz Seznam nuklidů .) Jsou uvedeny stabilní a nestabilní (značně se rozpadající ) nuklidy se kurzívou se symboly pro nestabilní (radioaktivní) nuklidy. Všimněte si, že třídění neposkytuje prvky čistě v pořadí stabilních nuklidů, protože některé prvky mají větší počet nestabilních nuklidů s dlouhou životností, které je umisťují před prvky s větším počtem stabilních nuklidů. Podle konvence se nuklidy počítají jako „stabilní“, pokud nikdy nebylo pozorováno, že se rozpadají experimentem nebo z pozorování produktů rozpadu (extrémně dlouhověké nuklidy nestabilní pouze teoreticky, jako je tantal-180 m, se počítají jako stabilní).

První tabulka je pro sudě atomové číslované prvky, které mají tendenci mít mnohem více prvotních nuklidů, kvůli stabilitě poskytované párováním proton-proton. Druhá samostatná tabulka je uvedena pro liché atomové číslované prvky, které mají tendenci mít mnohem méně stabilních a dlouhodobých (prvotních) nestabilních nuklidů.

Prvky bez prvotních izotopů

Periodická tabulka s prvky zbarvenými podle poločasu jejich nejstabilnějšího izotopu.

   Prvky, které obsahují alespoň jeden stabilní izotop.

   Mírně radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má velmi dlouhou životnost a poločas rozpadu přes dva miliony let.

   Významně radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má poločas rozpadu mezi 800 a 34 000 lety.

   Radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má poločas rozpadu mezi jedním dnem a 130 lety.

   Vysoce radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má poločas rozpadu mezi několika minutami a jedním dnem.

   Extrémně radioaktivní prvky: nejstabilnější izotop má poločas rozpadu méně než několik minut.

Viz také

• Ostrov stability
• Izotop § Jaderné vlastnosti a stabilita
• Seznam nuklidů
• Seznam radioaktivních nuklidů podle poločasu rozpadu
• Prvotní nuklid
• Stabilní nuklid
• Stabilní poměr izotopů
• Tabulka nuklidů

Poznámky pod čarou

• ^a Viz Stabilita izotopů technecia pro podrobnou diskusi o tom, proč technecium a promethium neobsahují stabilní izotopy.
• ^b Izotopy, které mají poločas více než přibližně 10 ⁸ let, se na Zemi stále vyskytují, ale pouze ty, které mají poločasy nad 7 × 10 ⁸ let (k ²³⁵ U), se nacházejí ve znatelných množstvích. Tento seznam zanedbává několik izotopů s poločasy rozpadu asi 10 ⁸ let, protože na Zemi byly měřeny v malém množství. Uran-234 s poločasem rozpadu 246 000 let a přirozeným množstvím izotopů 0,0055% je zvláštní případ: je to produkt rozpadu uranu-238, spíše než prvotní nuklid.
• ^c Existují nestabilní izotopy s extrémně dlouhými poločasy, které se také vyskytují na Zemi, a některé z nich jsou ještě hojnější než všechny stabilní izotopy daného prvku (například beta-aktivní ¹⁸⁷ Re je dvakrát tak hojný jako stabilní ¹⁸⁵ Re). Větší přirozené množství izotopu také naznačuje, že jeho formaci upřednostňoval proces hvězdné nukleosyntézy, který produkoval hmotu, která nyní tvoří Zemi (a samozřejmě zbytek sluneční soustavy ) (viz také Vznik a vývoj Sluneční soustava ).
• ^d Zatímco bismut má pouze jeden prvotní izotop, uran má tři izotopy, které se v přírodě nacházejí ve významných množstvích ( ²³⁸
  U
  , ²³⁵
  U
  , a ²³⁴
  U
  ; první dva jsou prvotní, zatímco ²³⁴ U je radiogenní) a thorium má dva (prvotní ²³²
  Čt
  a radiogenní ²³⁰
  Čt
  ).
• ^e Podívejte se na mnoho různých průmyslových a lékařských aplikací radioaktivních prvků v radionuklidu , nukleární medicíně , běžných beta zářičích , běžně používaných izotopech emitujících gama , fluor-18 , kobalt-60 , stroncium-90 , technecium-99m , jód-123 , jód- 124 , Promethium-147 , Iridium-192 atd.
• ^f Pro prvky s vyšším atomovým číslem než kalifornium (se Z> 98) mohou existovat neobjevené izotopy, které jsou stabilnější než známé .
• ^g Legenda: yr = rok , d = den , h = hodina , min = minuta , s = sekunda .

Reference