Перейти до вмісту

Ізотопи азоту

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
(Перенаправлено з Азот-14)

Природний азот (7N) складається з двох стабільних ізотопів: переважна більшість (99,6%) природного азоту – це азот-14, решта – азот-15. Також відомо тринадцять радіоізотопів з атомними масами в діапазоні від 9 до 23 разом із трьома ядерними ізомерами. Усі ці радіоізотопи є короткоживучими, найдовше живучим є азот-13 з періодом напіврозпаду 9.965(4) хв. Усі інші мають період напіврозпаду менше 7,15 секунди, причому більшість із них менше 620 мілісекунд. Більшість ізотопів з атомними масовими числами нижче 14 розпадаються на ізотопи вуглецю, тоді як більшість ізотопів з масами понад 15 розпадаються на ізотопи кисню. Найбільш короткоживучим відомим ізотопом є азот-10 з періодом напіврозпаду 143(36) йоктосекунд, хоча період напіврозпаду азоту-9 не виміряли точно.

Список ізотопів

[ред. | ред. код]
Нуклід Z N Масса ізотопа (а.о.м.)[1] Період напіврозпаду[2] Спосіб розпаду[2] Дочірній ізотоп[2] Спін і парність[2] Ізотопна поширеність
Енергія збудження Частка Можливе відхилення
9N[3] 7 2 <1 ас[3] 5p[n 1] 4He
10N 7 3 10.04165(43) 143(36) йс p ?[n 2] 9C ? 1−, 2−
11N 7 4 11.026158(5) 585(7) йс
[780.0(9.3) кеВ]
p 10C 1/2+
11mN 740(60) кеВ 690(80) йс p 1/2−
12N 7 5 12.0186132(11) 11.000(16) мс β+ (98.07(4)%) 12C 1+
β+α (1.93(4)%) 8Be[n 3]
13N[n 4] 7 6 13.00573861(29) 9.965(4) хв β+ 13C 1/2−
14N[n 5] 7 7 14.003074004251(241) Стабільний 1+ [0.99578, 0.99663][4]
14mN 2312.590(10) кеВ ІП 14N 0+
15N 7 8 15.000108898266(625) Стабільний 1/2− [0.00337, 0.00422][4]
16N 7 9 16.0061019(25) 7.13(2) с β (99.99846(5)%) 16O 2−
βα (0.00154(5)%) 12C
16mN 120.42(12) кеВ 5.25(6) мкс ІП (99.999611(25)%) 16N 0−
β (0.000389(25)%) 16O
17N 7 10 17.008449(16) 4.173(4) с βn (95.1(7)%) 16O 1/2−
β (4.9(7)%) 17O
βα (0.0025(4)%) 13C
18N 7 11 18.014078(20) 619.2(1.9) мс β (80.8(1.6)%) 18O 1−
βα (12.2(6)%) 14C
βn (7.0(1.5)%) 17O
β2n ?[n 2] 16O ?
19N 7 12 19.017022(18) 336(3) мс β (58.2(9)%) 19O 1/2−
βn (41.8(9)%) 18O
20N 7 13 20.023370(80) 136(3) мс β (57.1(1.4)%) 20O (2−)
βn (42.9(1.4)%) 19O
β2n ?[n 2] 18O ?
21N 7 14 21.02709(14) 85(5) мс βn (87(3)%) 20O (1/2−)
β (13(3)%) 21O
β2n ?[n 2] 19O ?
22N 7 15 22.03410(22) 23(3) мс β (54.0(4.2)%) 22O 0−#
βn (34(3)%) 21O
β2n (12(3)%) 20O
23N[n 6] 7 16 23.03942(45) 13.9(1.4) мс β (> 46.6(7.2)%) 23O 1/2−#
βn (42(6)%) 22O
β2n (8(4)%) 21O
β3n (< 3.4%) 20O


  1. Розпадається через випромінювання протону до 8C, який негайно випромінює два протона перетворюючись у 6Be, який також випромінює два протона перетворюючись у стабільний 4He[3]
  2. а б в г Спосіб розпаду енергетично дозволений, але для цього нукліда ніколи експериментально не спостерігався.
  3. Одразу розпадається на дві альфа-частинки, нетто-реакція: 12N → 3 4He + e+.
  4. Використовується в позитрон-емісійній томографії
  5. Одне з кількох стабільних ядер з непарною кількістю протонів і непарною кількістю нейтронів
  6. Найважчий ізотоп азоту Ядерна крапельна лінія(інші мови)

Азот-13

[ред. | ред. код]
Докладніше: Азот-13

Азот-13 і кисень-15 утворюються в атмосфері, коли гамма-промені (наприклад, від блискавки) вибивають нейтрони з азоту-14 і кисню-16:

14N + γ → 13N + n
16O + γ → 15O + n

Утворений в результаті азот-13 розпадається з періодом напіврозпаду 9.965(4) хв до вуглецю-13, випускаючи позитрон. Позитрон швидко анігілює з електроном, утворюючи два гамма-промені близько 511 кеВ. Після удару блискавки це гамма-випромінювання згасає з періодом напіврозпаду в десять хвилин, але ці низькоенергетичні гамма-промені в середньому проходять у повітрі лише близько 90 метрів, тому їх можна виявити лише протягом хвилини або близько того, тому що "хмара" 13N і 15O розвіюється вітром.[5]

Азот-14

[ред. | ред. код]

Азот-14 є одним із двох стабільних(інші мови) ізотопів азоту, який становить близько 99,636% природного азоту.

Азот-14 є одним з небагатьох стабільних нуклідів з непарною кількістю протонів і нейтронів(інші мови) (по сім) і єдиний, який становить більшу частину його елемента. Кожен протон або нейтрон вносить до спіну ядра плюс або мінус 1/2(інші мови), що дає ядру загальний магнітний спін, який дорівнює 1.

Вважається, що вихідним джерелом азоту-14 і азоту-15 у Всесвіті є зоряний нуклеосинтез, де вони утворюються як частина циклу CNO.

Азот-14 є джерелом природного радіоактивного вуглецю-14. Деякі види космічного випромінювання викликають ядерну реакцію з азотом-14 у верхніх шарах атмосфери Землі, утворюючи вуглець-14, який розпадається на азот-14 з періодом напіврозпаду 5700(30) років.

Азот-15

[ред. | ред. код]

Азот-15 — рідкісний стабільний ізотоп азоту. Два джерела азоту-15 - це випромінювання позитронів киснем-15[6] і бета-розпад вуглецю-15. Азот-15 має один із найнижчих перерізів захоплення теплових нейтронів серед усіх ізотопів.[7]

Азот-15 часто використовується в ЯМР (ЯМР-спектроскопія азоту-15(інші мови)). На відміну від більш поширеного азоту-14, який має цілочисельний ядерний спін і, отже, квадрупольний момент, 15N має ядерний спін, що дорівнює 1/2, що забезпечує такі переваги для ЯМР, як вужча ширина лінії.

Відстеження азоту-15(інші мови) – це метод, який використовується для вивчення циклу азоту.

Азот-16

[ред. | ред. код]

Радіоізотоп 16N є домінуючим радіонуклідом в теплоносії водно-водяних реакторів або реакторів з киплячою водою під час нормальної роботи. Він утворюється з 16O (у воді) за допомогою реакції (n,p)(інші мови), у якій атом 16O захоплює нейтрон і викидає протон. Він має короткий період напіврозпаду приблизно 7,1 с, але його розпад назад до 16O створює гамма-випромінювання високої енергії (від 5 до 7 МеВ).[8] Через це доступ до трубопроводу теплоносія першого контуру у водо-водяному реакторі повинен бути обмежений під час роботи реактора.[8] Це чутливий і миттєвий індикатор витоків із первинної системи теплоносія у вторинний паровий цикл і є основним засобом виявлення таких витоків.[8]

Ізотопні підписи

[ред. | ред. код]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. Wang, Meng; Huang, W. J.; Kondev, F. G.; Audi, G.; Naimi, S. (2021-03). The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references*. Chinese Physics C (англ.). Т. 45, № 3. с. 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf. ISSN 1674-1137. Процитовано 14 лютого 2024.
  2. а б в г Kondev, F.G.; Wang, M.; Huang, W.J.; Naimi, S.; Audi, G. (1 березня 2021). The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties *. Chinese Physics C. Т. 45, № 3. с. 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. ISSN 1674-1137. Процитовано 14 лютого 2024.
  3. а б в Cho, Adrian (25 вересня 2023). Fleeting form of nitrogen stretches nuclear theory to its limits. Science.org. Процитовано 27 вересня 2023.
  4. а б Atomic Weight of Nitrogen | Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights. ciaaw.org. Процитовано 26 лютого 2022.
  5. Teruaki Enoto та ін. (23 листопада 2017). Photonuclear reactions triggered by lightning discharge. Nature. 551 (7681): 481—484. arXiv:1711.08044. Bibcode:2017Natur.551..481E. doi:10.1038/nature24630. PMID 29168803.
  6. CRC Handbook of Chemistry and Physics (вид. 64th). 1983–1984. с. B-234.
  7. Evaluated Nuclear Data File (ENDF) Retrieval & Plotting. National Nuclear Data Center.
  8. а б в Neeb, Karl Heinz (1997). The Radiochemistry of Nuclear Power Plants with Light Water Reactors. Berlin-New York: Walter de Gruyter. с. 227. ISBN 978-3-11-013242-7. Архів оригіналу за 5 лютого 2016. Процитовано 20 грудня 2015.
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr