Изотопи на железото

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

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)
Нуклид ^{[б 1]}	Енергија на возбуда			Полураспад ^{[б 4]}	Распаден облик ^{[б 5]}	Изведен изотоп ^{[б 6]}	Спин и парност ^{[б 7]}^{[б 4]}	Нормален сразмер	Варијантен опсег
⁴⁵Fe	26	19	45,01458(24)#	1,89(49) мс	β⁺ (30 %)	⁴⁵Mn	3/2+#
⁴⁵Fe	26	19	45,01458(24)#	1,89(49) мс	2p (70 %)	⁴³Cr	3/2+#
⁴⁶Fe	26	20	46,00081(38)#	9(4) мс [12(+4-3) мс]	β⁺ (>99,9 %)	⁴⁶Mn	0+
⁴⁶Fe	26	20	46,00081(38)#	9(4) мс [12(+4-3) мс]	β⁺, p (<,1 %)	⁴⁵Cr	0+
⁴⁷Fe	26	21	46,99289(28)#	21,8(7) мс	β⁺ (>99,9 %)	⁴⁷Mn	7/2−#
⁴⁷Fe	26	21	46,99289(28)#	21,8(7) мс	β⁺, p (<,1 %)	⁴⁶Cr	7/2−#
⁴⁸Fe	26	22	47,98050(8)#	44(7) мс	β⁺ (96,41 %)	⁴⁸Mn	0+
⁴⁸Fe	26	22	47,98050(8)#	44(7) мс	β⁺, p (3,59 %)	⁴⁷Cr	0+
⁴⁹Fe	26	23	48,97361(16)#	70(3) мс	β⁺, p (52 %)	⁴⁸Cr	(7/2−)
⁴⁹Fe	26	23	48,97361(16)#	70(3) мс	β⁺ (48 %)	⁴⁹Mn	(7/2−)
⁵⁰Fe	26	24	49,96299(6)	155(11) мс	β⁺ (>99,9 %)	⁵⁰Mn	0+
⁵⁰Fe	26	24	49,96299(6)	155(11) мс	β⁺, p (<,1 %)	⁴⁹Cr	0+
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+
⁶⁶Fe	26	40	65,94678(32)	440(40) мс	β⁻, n (<,1 %)	⁶⁵Co	0+
⁶⁷Fe	26	41	66,95095(45)	394(9) мс	β⁻ (>99,9 %)	⁶⁷Co	1/2−#
⁶⁷Fe	26	41	66,95095(45)	394(9) мс	β⁻, n (<,1 %)	⁶⁶Co	1/2−#
^67mFe	367(3) keV			64(17) µс			(5/2−)
⁶⁸Fe	26	42	67,95370(75)	187(6) мс	β⁻ (>99,9 %)	⁶⁸Co	0+
⁶⁸Fe	26	42	67,95370(75)	187(6) мс	β⁻, n	⁶⁷Co	0+
⁶⁹Fe	26	43	68,95878(54)#	109(9) мс	β⁻ (>99,9 %)	⁶⁹Co	1/2−#
⁶⁹Fe	26	43	68,95878(54)#	109(9) мс	β⁻, n (<,1 %)	⁶⁸Co	1/2−#
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

↑ ^mFe – Возбуден јадрен изомер.
↑ ( ) – Неизвесноста (1σ) е дадена во концизен облик во загради по соодветните последни цифри.
↑ # – Атомска маса означена со #: вредноста и неизвесноста не се само изведени само од опитни податоци, туку барем делумно од трендови од масената површина (TMS).
↑ ^4,0 ^4,1 # – Вредностите означени со # не се само изведени од опитни податоци, туку барем делумно и од трендови во соседните нуклиди (TNN).
↑ Облици на распад:

EC: Електронски зафат

IT: Јадрен преод

n: Неутронски распад

p: Протонски распад
↑ Задебелен симбол како изведен – Изведениот производ е стабилен.
↑ ( ) спинова вредност – Означува спин со слаби зададени аргументи.
↑ Се смета дека се распаѓа со β⁺β⁺ на ⁵⁴Cr со период на полураспад од преку 4,4×10²⁰ години^[1]
↑ 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

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

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

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 гравитациското црвено поместување со Паунд-Ребекиниот опит од 1960 г.^[6]

Железо-58

Железо-60

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

↑ ^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.
↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.
↑ R. Nave. „Mossbauer Effect in Iron-57“. HyperPhysics. Georgia State University. Посетено на 13 октомври 2009.
↑ 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.
↑ 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]}
↑ „Eisen mit langem Atem“. scienceticker. 27 август 2009. Архивирано од изворникот на 3 февруари 2018. Посетено на 22 мај 2010.
↑ Belinda Smith (9 август 2016). „Ancient bacteria store signs of supernova smattering“. Cosmos.
↑ 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.
↑ 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.
↑ 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

Маси на изтотопите:

Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“, Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001

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:

Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“, Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
National Nuclear Data Center. „NuDat 2.x database“. Brookhaven National Laboratory.
Holden, Norman E. (2004). „11. Table of the Isotopes“. Во Lide, David R. (уред.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85th. изд.). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9.

[3] Fe – Возбуден јадрен изомер.

[4] ( ) – Неизвесноста (1σ) е дадена во концизен облик во загради по соодветните последни цифри.

[TMS-5] # – Атомска маса означена со #: вредноста и неизвесноста не се само изведени само од опитни податоци, туку барем делумно од трендови од масената површина (TMS).

[TNN-6] 4,0 ^4,1 # – Вредностите означени со # не се само изведени од опитни податоци, туку барем делумно и од трендови во соседните нуклиди (TNN).

[7] Облици на распад:

EC: Електронски зафат

IT: Јадрен преод

n: Неутронски распад

p: Протонски распад

[8] Задебелен симбол како изведен – Изведениот производ е стабилен.

[9] ( ) спинова вредност – Означува спин со слаби зададени аргументи.

[10] Се смета дека се распаѓа со β⁺β⁺ на ⁵⁴Cr со период на полураспад од преку 4,4×10²⁰ години^[1]

[11] Најмала маса по нуклеон на сите нуклиди; Конечен производ на ѕвездена нуклеосинтеза

[Fe54decay-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.

[12] 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.

[13] 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.

[14] R. Nave. „Mossbauer Effect in Iron-57“. HyperPhysics. Georgia State University. Посетено на 13 октомври 2009.

[15] 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.

[16] 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]}

[17] „Eisen mit langem Atem“. scienceticker. 27 август 2009. Архивирано од изворникот на 3 февруари 2018. Посетено на 22 мај 2010.

[18] Belinda Smith (9 август 2016). „Ancient bacteria store signs of supernova smattering“. Cosmos.

[19] 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.

[20] 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.

[Interstellar_Iron-21] 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.

[1]

[2]

[б 1]

[б 2]

[б 3]

[б 4]

[б 5]

[б 6]

[б 7]

[б 8]

[б 9]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

EC:	Електронски зафат
IT:	Јадрен преод
n:	Неутронски распад
p:	Протонски распад