Изотопы аргона
Изото́пы арго́на — разновидности химического элемента аргона с разным количеством нейтронов в атомном ядре. Известны изотопы аргона с массовыми числами от 29 до 54 (количество протонов 18, нейтронов от 11 до 36) и один ядерный изомер.
Аргон в земной атмосфере состоит из трех стабильных изотопов:
- 36Ar (изотопная распространённость 0,337 %)
- 38Ar (изотопная распространённость 0,063 %)
- 40Ar (изотопная распространённость 99,600 %)[1][2].
Самым долгоживущим радиоизотопом является 39Ar с периодом полураспада 269 лет.
Почти весь 40Ar возник на Земле в результате распада радиоактивного изотопа 40K по схеме электронного захвата:
Один грамм природного калия, с концентрацией радиоактивного изотопа 40K 0,012 ат.% в течение года порождает приблизительно 1,03·107 атомов 40Ar. Таким образом, в минералах, содержащих калий, постепенно накапливается изотоп 40Ar, удерживаемый в кристаллических решётках, что позволяет по соотношению концентраций 40Ar/40K в минералах определить момент их кристаллизации. Этот калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии[3].
Вероятные источники происхождения изотопов 36Ar и 38Ar — неустойчивые продукты спонтанного деления тяжёлых ядер, а также реакции захвата нейтронов и альфа-частиц ядрами лёгких элементов, содержащихся в урано-ториевых минералах:
Подавляющая часть космического аргона состоит из изотопов 36Ar и 38Ar. Это вызвано тем обстоятельством, что калий распространен в космосе примерно в 50 000 раз меньше, чем аргон (на Земле калий преобладает над аргоном в 660 раз). Примечателен произведенный геохимиками подсчет: вычтя из аргона земной атмосферы радиогенный 40Ar, они получили изотопный состав, очень близкий к составу космического аргона[2].
Таблица изотопов аргона
| Символ нуклида | Z(p) | N(n) | Масса изотопа[4] (а. е. м.) | Период полураспада[5] (T1/2) | Канал распада | Продукт распада | Спин и чётность ядра[5] | Распространённость изотопа в природе | Диапазон изменения изотопной распространённости в природе |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения | |||||||||
| 29Ar[6] | 18 | 11 | ~4⋅10−20 с | 2p | 27S | ||||
| 30Ar | 18 | 12 | 30,02247(22) | <10 пс | 2p | 28S | 0+ | ||
| 31Ar | 18 | 13 | 31,01216(22)# | 15,1(3) мс | β+, p (68,3%) | 30S | 5/2+ | ||
| β+ (22,63%) | 31Cl | ||||||||
| β+, 2p (9,0%) | 29P | ||||||||
| β+, 3p (0,07%) | 28Si | ||||||||
| 32Ar | 18 | 14 | 31,9976378(19) | 98(2) мс | β+ (64,42%) | 32Cl | 0+ | ||
| β+, p (35,58%) | 31S | ||||||||
| 32mAr | 5600(100) кэВ | 5−# | |||||||
| 33Ar | 18 | 15 | 32,9899255(4) | 173,0(20) мс | β+ (61,3%) | 33Cl | 1/2+ | ||
| β+, p (38,7%) | 32S | ||||||||
| 34Ar | 18 | 16 | 33,98027009(8) | 843,8(4) мс | β+ | 34Cl | 0+ | ||
| 35Ar | 18 | 17 | 34,9752577(7) | 1,7756(10) с | β+ | 35Cl | 3/2+ | ||
| 36Ar | 18 | 18 | 35,967545105(29) | стабилен[n 1] | 0+ | 0,003336(4) | |||
| 37Ar | 18 | 19 | 36,96677631(22) | 35,011(19) сут | ЭЗ | 37Cl | 3/2+ | ||
| 38Ar | 18 | 20 | 37,96273210(21) | стабилен | 0+ | 0,000629(1) | |||
| 39Ar | 18 | 21 | 38,964313(5) | 269(3) лет | β− | 39K | 7/2− | ||
| 40Ar< | 18 | 22 | 39,9623831238(24) | стабилен | 0+ | 0,996035(4) | |||
| 41Ar | 18 | 23 | 40,9645006(4) | 109,61(4) мин | β− | 41K | 7/2− | ||
| 42Ar | 18 | 24 | 41,963046(6) | 32,9(11) года | β− | 42K | 0+ | ||
| 43Ar | 18 | 25 | 42,965636(6) | 5,37(6) мин | β− | 43K | 5/2(−) | ||
| 44Ar | 18 | 26 | 43,9649238(17) | 11,87(5) мин | β− | 44K | 0+ | ||
| 45Ar | 18 | 27 | 44,9680397(6) | 21,48(15) с | β− | 45K | (5/27/2)− | ||
| 46Ar | 18 | 28 | 45,9680374(12) | 8,4(6) с | β− | 46K | 0+ | ||
| 47Ar | 18 | 29 | 46,9727681(12) | 1,23(3) с | β− (99,8%) | 47K | (3/2−) | ||
| β−, n (0,2%) | 46K | ||||||||
| 48Ar | 18 | 30 | 47,97608(33) | 415(15) мс | β− | 48K | 0+ | ||
| 49Ar | 18 | 31 | 48,98155(43)# | 236(8) мс | β− | 49K | 3/2−# | ||
| 50Ar | 18 | 32 | 49,98569(54)# | 106(6) мс | β− | 50K | 0+ | ||
| 51Ar | 18 | 33 | 50,99280(64)# | 60# мс [>200 нс] | β− | 51K | 3/2−# | ||
| 52Ar | 18 | 34 | 51,99863(64)# | 10# мс | β− | 52K | 0+ | ||
| 53Ar | 18 | 35 | 53,00729(75)# | 3# мс | β− | 53K | (5/2−)# | ||
| β−, n | 52K | ||||||||
| 54Ar[7] | 18 | 36 | β− | 54K | 0+ | ||||
- ↑ Теоретически может претерпевать двойной электронный захват в 36S
Пояснения к таблице
- Распространённость изотопов приведена для земной атмосферы. Для других источников значения могут сильно отличаться.
- Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.
- Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.
- Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.
- Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.
Примечания
- ↑ Фастовский В. Г., Ровинский А. Е., Петровский Ю. В. Глава первая. Открытие. Происхождение. Распространенность. Применение // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Атомиздат, 1972. — С. 3—13. — 352 с. — 2400 экз.
- ↑ 1 2 Финкельштейн Д. Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // [web.archive.org/web/20120905111329/publ.lib.ru/ARCHIVES/F/FINKEL'SHTEYN_David_Naumovich/_Finkel'shteyn_D.N..html Инертные газы]. — Изд. 2-е. — М.: Наука, 1979. — С. 76—110. — 200 с. — («Наука и технический прогресс»). — 19 000 экз.
- ↑ Пруткина М. И., Шашкин В. Л. Справочник по радиометрической разведке и радиометрическому анализу. М.: Энергоатомиздат, 1984, 167 с. (стр. 9)
- ↑ Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030003-1—030003-442. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
- ↑ 1 2 Данные приведены по Audi G., Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S. The Nubase2016 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2017. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030001-1—030001-138. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. — .
- ↑ Mukha, I.; et al. (2018). "Deep excursion beyond the proton dripline. I. Argon and chlorine isotope chains". Physical Review C. 98 (6): 064308–1–064308–13. arXiv:1803.10951. Bibcode:2018PhRvC..98f4308M. doi:10.1103/PhysRevC.98.064308.
- ↑ Neufcourt, L.; Cao, Y.; Nazarewicz, W.; Olsen, E.; Viens, F. (2019). "Neutron drip line in the Ca region from Bayesian model averaging". Physical Review Letters. 122 (6): 062502–1–062502–6. arXiv:1901.07632. Bibcode:2019PhRvL.122f2502N. doi:10.1103/PhysRevLett.122.062502. PMID 30822058.
