Liste over elementer efter stabilitet af isotoper - List of elements by stability of isotopes

Atomkerner består af protoner og neutroner , som tiltrækker hinanden gennem kernekraften , mens protoner frastøder hinanden via den elektriske kraft på grund af deres positive ladning . Disse to kræfter konkurrerer, hvilket fører til, at nogle kombinationer af neutroner og protoner er mere stabile end andre. Neutroner stabiliserer kernen, fordi de tiltrækker protoner, hvilket hjælper med at udligne den elektriske frastødning mellem protoner. Som et resultat, når antallet af protoner stiger, er der behov for et stigende forhold mellem neutroner og protoner for at danne en stabil kerne; hvis der er for mange eller for få neutroner med hensyn til det optimale forhold, bliver kernen ustabil og udsat for visse typer nukleart henfald . Ustabile isotoper henfalder gennem forskellige radioaktive henfaldsveje , oftest alfa-henfald , beta-henfald eller elektronindfangning . Mange sjældne typer af henfald, såsom spontan fission eller klyngeforfald , er kendt. (Se radioaktivt henfald for detaljer.)

Isotop halveringstid. Den mørkere mere stabile isotopregion afviger fra linjen af ​​protoner (Z) = neutroner (N), da elementnummeret Z bliver større.

Af de første 82 elementer i det periodiske system har 80 isotoper, der anses for at være stabile. Det 83. element, vismut, blev traditionelt betragtet som den stærkeste stabile isotop, vismut-209 , men i 2003 målte forskere i Orsay , Frankrig halveringstiden for ²⁰⁹
Bi
at være 1,9 × 10 ¹⁹  år . Technetium og promethium (henholdsvis atomnummer 43 og 61) og alle grundstoffer med et atomnummer over 82 har kun isotoper, der vides at nedbrydes gennem radioaktivt henfald . Ingen uopdagede elementer forventes at være stabile; derfor betragtes bly som det tungeste stabile element. Det er dog muligt, at nogle isotoper, der nu betragtes som stabile, vil blive afsløret for henfald med ekstremt lange halveringstider (som med ²⁰⁹
Bi
). Denne liste viser, hvad der er aftalt med enighed fra det videnskabelige samfund fra og med 2019.

For hvert af de 80 stabile elementer angives antallet af de stabile isotoper. Kun 90 isotoper forventes at være perfekt stabile, og yderligere 162 er energisk ustabile, men har aldrig været observeret at henfalde. Således er 252 isotoper ( nuklider ) stabile pr. Definition (inklusive tantal 180m, for hvilke der endnu ikke er observeret nogen henfald). Dem, der i fremtiden kan blive fundet at være radioaktive, forventes at have halveringstider længere end 10 ²² år (for eksempel xenon-134).

I april 2019 blev det meddelt, at halveringstiden for xenon-124 var målt til 1,8 × 10 ²² år. Dette er den længste halveringstid, der direkte måles for enhver ustabil isotop; kun halveringstiden for tellur-128 er længere.

Af de kemiske grundstoffer har kun et element ( tin ) 10 sådanne stabile isotoper, fem har syv isotoper, otte har seks isotoper, ti har fem isotoper, ni har fire isotoper, fem har tre stabile isotoper, 16 har to stabile isotoper, og 26 har en enkelt stabil isotop.

Derudover har ca. 30 nuklider af de naturligt forekommende grundstoffer ustabile isotoper med en halveringstid, der er større end solsystemets alder (~ 10 ⁹ år eller mere). Yderligere fire nuklider har halveringstider længere end 100 millioner år, hvilket er langt mindre end solsystemets alder, men længe nok til, at nogle af dem har overlevet. Disse 34 radioaktivt naturligt forekommende nuklider omfatter de radioaktive urnuklider . Det samlede antal urnuklider er derefter 252 (de stabile nuklider) plus de 34 radioaktive urnuklider, i alt 286 urnuklider. Dette nummer kan ændres, hvis der identificeres nye kortere levetid på Jorden.

Et af de oprindelige nuklider er tantal-180m , som forventes at have en halveringstid på mere end 10 ¹⁵ år, men har aldrig været observeret at henfalde. Den endnu længere halveringstid på 2,2 × 10 ²⁴ år med tellur-128 blev målt ved en unik metode til påvisning af dets radiogene datter xenon-128 og er den længst kendte eksperimentelt målte halveringstid. Et andet bemærkelsesværdigt eksempel er den eneste naturligt forekommende isotop af vismut, bismuth-209 , som er blevet forudsagt at være ustabil med en meget lang halveringstid, men har observeret at henfalde. På grund af deres lange halveringstid findes sådanne isotoper stadig på Jorden i forskellige mængder, og sammen med de stabile isotoper kaldes de primordial isotop . Alle urisotoper er angivet i rækkefølge efter deres faldende overflod på Jorden . For en liste over urnuklider i rækkefølge efter halveringstid, se Liste over nuklider .

118 kemiske grundstoffer vides at eksistere. Alle elementer til element 94 findes i naturen, og resten af ​​de opdagede elementer produceres kunstigt med isotoper, som alle er kendt for at være stærkt radioaktive med relativt korte halveringstider (se nedenfor). Elementerne i denne liste er ordnet efter levetiden for deres mest stabile isotop. Af disse er tre grundstoffer ( vismut , thorium og uran ) primordiale, fordi de har halveringstider, der er længe nok til, at de stadig findes på Jorden, mens alle de andre produceres enten ved radioaktivt henfald eller syntetiseres i laboratorier og atomreaktorer . Kun 13 af de 38 kendte men ustabile elementer har isotoper med en halveringstid på mindst 100 år. Hver kendt isotop af de resterende 25 grundstoffer er stærkt radioaktiv; disse bruges i akademisk forskning og undertiden i industri og medicin. Nogle af de tungere elementer i det periodiske system kan afsløres at have endnu uopdagede isotoper med længere levetid end dem, der er anført her.

Omkring 338 nuklider findes naturligt på jorden. Disse omfatter 252 stabile isotoper, og med tilføjelsen af ​​de 34 langlivede radioisotoper med halveringstider, der er længere end 100 millioner år, i alt 286 urnuklider , som nævnt ovenfor. De nuklider, der findes naturligt, omfatter ikke kun de 286 primordialer, men inkluderer også omkring 52 flere kortvarige isotoper (defineret af en halveringstid på mindre end 100 millioner år, for kort til at have overlevet fra dannelsen af ​​jorden), der er døtre til urisotoper (såsom radium fra uran ); ellers fremstilles ved energiske naturlige processer, såsom carbon-14 fremstillet af atmosfærisk nitrogen ved bombardement fra kosmiske stråler .

Elementer efter antal ur-isotoper

Et lige antal protoner eller neutroner er mere stabile (højere bindingsenergi ) på grund af parringseffekter , så selv-lige nuklider er meget mere stabile end ulige – ulige. En virkning er, at der er få stabile ulige – ulige nuklider: faktisk er kun fem stabile, hvoraf yderligere fire har halveringstider længere end en milliard år.

En anden effekt er at forhindre beta-henfald af mange jævne-lige nuklider til et andet jævnt nuklid med samme massetal, men lavere energi, fordi henfald, der fortsætter et trin ad gangen, skulle passere gennem et ulige-ulige nuklid med højere energi. ( Dobbelt beta-henfald direkte fra lige - lige til lige - lige, at springe over et ulige-ulige nuklid er kun lejlighedsvis muligt og er en proces, der er så stærkt forhindret, at den har en halveringstid, der er større end en milliard gange alderen på universet .) Dette giver et større antal stabile lige - lige nuklider, op til tre for nogle massetal og op til syv for nogle atomare (proton) tal og mindst fire for alle stabile lige Z- elementer ud over jern (undtagen strontium og bly ).

Da en kerne med et ulige antal protoner er relativt mindre stabil, har ulige nummererede elementer en tendens til at have færre stabile isotoper. Af de 26 " monoisotopiske " elementer, der kun har en enkelt stabil isotop, har alle undtagen en et ulige atomnummer - den eneste undtagelse er beryllium . Derudover har intet ulige element mere end to stabile isotoper, mens hvert lige nummereret element med stabile isotoper, bortset fra helium, beryllium og kulstof, har mindst tre. Kun et enkelt ulige element, kalium , har tre ur-isotoper; ingen har mere end tre.

Tabeller

De følgende tabeller giver elementerne med urnuklider , hvilket betyder, at elementet stadig kan identificeres på Jorden fra naturlige kilder, der har været til stede siden Jorden blev dannet ud af soltågen. Således er ingen kortere levede døtre af længerevarende forældres oprindelige, såsom radon . To nuklider, der har halveringstider, der er lange nok til at være urfaglige, men som endnu ikke er endeligt observeret som sådan ( ²⁴⁴ Pu og ¹⁴⁶ Sm), er udelukket.

Elementtabellerne er sorteret i rækkefølge efter faldende antal nuklider forbundet med hvert element. (For en liste sorteret udelukkende med hensyn til halveringstider for nuklider, med blanding af grundstoffer, se Liste over nuklider .) Stabile og ustabile (markerede henfald ) nuklider er angivet med symboler for ustabile (radioaktive) nuklider i kursiv. Bemærk, at sorteringen ikke helt giver elementerne udelukkende i rækkefølge af stabile nuklider, da nogle elementer har et større antal langvarige ustabile nuklider, som placerer dem foran elementer med et større antal stabile nuklider. Som konvention tælles nuklider som "stabile", hvis de aldrig har været observeret at henfalde ved eksperiment eller fra observation af henfaldsprodukter (ekstremt langlivede nuklider, der kun ustabile i teorien, såsom tantal-180 m, tælles som stabile).

Den første tabel er for lige atomnummererede elementer, der har tendens til at have langt flere urnuklider på grund af den stabilitet, der tildeles ved proton-proton-parring. En anden separat tabel er givet for ulige atomnummererede elementer, der har tendens til at have langt færre stabile og langlivede (ur) ustabile nuklider.

Element uden oprindelige isotoper

Periodisk system med elementer farvet efter halveringstiden for deres mest stabile isotop.

   Elementer, der indeholder mindst en stabil isotop.

   Lidt radioaktive elementer: Den mest stabile isotop er meget langvarig med en halveringstid på over to millioner år.

   Væsentligt radioaktive elementer: Den mest stabile isotop har halveringstid mellem 800 og 34.000 år.

   Radioaktive elementer: Den mest stabile isotop har halveringstid mellem en dag og 130 år.

   Meget radioaktive elementer: Den mest stabile isotop har halveringstid mellem flere minutter og en dag.

   Ekstremt radioaktive elementer: Den mest stabile isotop har halveringstid mindre end flere minutter.

Se også

• Ø for stabilitet
• Isotop § Nukleare egenskaber og stabilitet
• Liste over nuklider
• Liste over radioaktive nuklider efter halveringstid
• Urnuklid
• Stabilt nuklid
• Stabilt isotopforhold
• Tabel over nuklider

Fodnoter

• ^a Se stabiliteten af ​​technetiumisotoper for en detaljeret diskussion om, hvorfor technetium og promethium ikke har nogen stabile isotoper.
• ^b Isotoper, der har en halveringstid på mere end ca. 10 ⁸ år, findes muligvis stadig på Jorden, men kun dem med halveringstider over 7 × 10 ⁸ år (pr. ²³⁵ U) findes i mærkbare mængder. Den nuværende liste forsømmer et par isotoper med halveringstid omkring 10 ⁸ år, fordi de er blevet målt i små mængder på jorden. Uran-234 med sin halveringstid på 246.000 år og naturlig isotopisk overflod 0,0055% er et specielt tilfælde: det er et henfaldsprodukt af uran-238 snarere end et urnuklid.
• ^c Der er ustabile isotoper med ekstremt lange halveringstider, der også findes på Jorden, og nogle af dem er endnu mere rigelige end alle de stabile isotoper af et givet element (for eksempel beta-aktiv ¹⁸⁷ Re er dobbelt så rigelig som stabil ¹⁸⁵ Re). En større naturlig overflod af en isotop indebærer også, at dens dannelse blev begunstiget af den stjernelige nukleosyntese- proces, der producerede det stof, der nu udgør Jorden (og selvfølgelig resten af solsystemet ) (se også dannelse og udvikling af Solsystem ).
• ^d Mens vismut kun har en urisotop, har uran tre isotoper, der findes i naturen i betydelige mængder ( ²³⁸
  U
  , ²³⁵
  U
  og ²³⁴
  U
  ; de to første er oprindelige, mens ²³⁴ U er radiogene), og thorium har to (oprindelige ²³²
  Th
  og radiogene ²³⁰
  Th
  ).
• ^e Se mange forskellige industrielle og medicinske anvendelser af radioaktive grundstoffer i Radionuklid , Nuklearmedicin , Almindelige beta-emittere , Almindeligt anvendte gamma-emitterende isotoper , Fluor-18 , Kobolt-60 , Strontium-90 , Technetium-99m , Jod-123 , Jod- 124 , Promethium-147 , Iridium-192 osv.
• ^f For grundstoffer med et højere atomnummer end californium (med Z> 98) kan der være uopdagede isotoper, der er mere stabile end de kendte .
• ^g Forklaring: yr = år , d = dag , h = time , min = minut , s = sekund .

Referencer