Ізотопи азоту

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


Нуклід	Z	N	Масса ізотопа (а.о.м.)^[1]	Період напіврозпаду^[2]	Спосіб розпаду^[2]	Дочірній ізотоп^[2]	Спін і парність^[2]	Ізотопна поширеність
Нуклід	Енергія збудження			Період напіврозпаду^[2]	Спосіб розпаду^[2]	Дочірній ізотоп^[2]	Спін і парність^[2]	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+
12N	7	5	12.0186132(11)	11.000(16) мс	β⁺α (1.93(4)%)	8Be^{[n 3]}	1+
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−
16N	7	9	16.0061019(25)	7.13(2) с	β⁻α (0.00154(5)%)	12C	2−
16mN	120.42(12) кеВ			5.25(6) мкс	ІП (99.999611(25)%)	16N	0−
16mN	120.42(12) кеВ			5.25(6) мкс	β⁻ (0.000389(25)%)	16O	0−
¹⁷N	7	10	17.008449(16)	4.173(4) с	β⁻n (95.1(7)%)	16O	1/2−
					β⁻ (4.9(7)%)	17O
					β⁻α (0.0025(4)%)	13C
18N	7	11	18.014078(20)	619.2(1.9) мс	β⁻ (80.8(1.6)%)	18O	1−
					β⁻α (12.2(6)%)	14C
					β⁻n (7.0(1.5)%)	17O
					β⁻2n ?^{[n 2]}	16O ?
19N	7	12	19.017022(18)	336(3) мс	β⁻ (58.2(9)%)	19O	1/2−
19N	7	12	19.017022(18)	336(3) мс	β⁻n (41.8(9)%)	18O	1/2−
20N	7	13	20.023370(80)	136(3) мс	β⁻ (57.1(1.4)%)	20O	(2−)
					β⁻n (42.9(1.4)%)	19O
					β⁻2n ?^{[n 2]}	18O ?
21N	7	14	21.02709(14)	85(5) мс	β⁻n (87(3)%)	20O	(1/2−)
					β⁻ (13(3)%)	21O
					β⁻2n ?^{[n 2]}	19O ?
22N	7	15	22.03410(22)	23(3) мс	β⁻ (54.0(4.2)%)	22O	0−#
					β⁻n (34(3)%)	21O
					β⁻2n (12(3)%)	20O
23N^{[n 6]}	7	16	23.03942(45)	13.9(1.4) мс	β⁻ (> 46.6(7.2)%)	23O	1/2−#
					β⁻n (42(6)%)	22O
					β⁻2n (8(4)%)	21O
					β⁻3n (< 3.4%)	20O

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

Азот-13

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

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

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

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

Докладніше: Ізотопний_підпис#Ізотопи_азоту

Примітки

↑ 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.
↑ ^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.
↑ ^а ^б ^в Cho, Adrian (25 September 2023). Fleeting form of nitrogen stretches nuclear theory to its limits. Science.org. Процитовано 27 September 2023.
↑ ^а ^б Atomic Weight of Nitrogen | Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights. ciaaw.org. Процитовано 26 лютого 2022.
↑ Teruaki Enoto та ін. (Nov 23, 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.
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics (вид. 64th). 1983–1984. с. B-234.
↑ Evaluated Nuclear Data File (ENDF) Retrieval & Plotting. National Nuclear Data Center.
↑ ^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.