Изотопы железа

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Изото́пы желе́за — разновидности химического элемента железа, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы железа с массовыми числами от 45 до 72 (количество протонов в ядре железа всегда 26, нейтронов от 19 до 46) и 6 ядерных изомеров.

Природное железо представляет собой смесь четырёх стабильных изотопов:

Из искусственных изотопов железа наиболее устойчивые 60Fe (период полураспада 2,62 миллиона лет[1]), 55Fe (2,737 года), 59Fe (44,495 суток) и 52Fe (8,275 часа); остальные изотопы имеют период полураспада менее 10 минут[2].

Железо-55

См.также: Железо-55[англ.]

Период полураспада 2,7 года, схема распада электронный захват (вероятность 100 %), при последующем перестроении электронной оболочки излучает характеристическое рентгеновское излучение 5,9 кэВ[3]. Применяют в рентгеновских установках как автономный источник рентгеновского излучения. Получают облучением никеля-58 протонами в ускорителе:

.

Железо-56

Энергия связи в зависимости от количества нуклонов в ядре
Основная статья: Железо-56

Стабильный изотоп 56Fe примечателен самой низкой атомной массой в пересчёте на нуклон. Это означает, что энергия связи нуклонов максимальна. Однако из-за небольшой разницы в массе протона и нейтрона самой высокой энергией связи нуклонов обладает никель-62[англ.].

Железо-57

Стабильный изотоп железо-57 применяется в мёссбауэровской спектроскопии[4].

В России получают методом центрифужного разделения изотопов с 1971 года[5].

Железо-59

Радиоактивный изотоп железо-59 испытывает β−-распад в стабильный кобальт-59, излучая бета-частицы с максимальными энергиями 0,46 и 0,27 МэВ и гамма-кванты с энергиями 1,1 и 1,3 МэВ[6]. Период полураспада 44,5 суток.

В медицине изотоп железо-59 применяется при ранней диагностике онкологических заболеваний молочной железы у женщин[7][8]. В организме здорового человека более половины железа входит в гемоглобин. Принцип действия препарата заключается в распространении биологически усвоенного железа с током крови и избирательном накоплении в клетках опухолевой ткани. Уровень накопления изотопа в органах выявляется с помощью гамма-камеры.

В России радиофармпрепарат на основе 59Fe производит Обнинский филиал Научно-исследовательского физико-химического института имени Л. Я. Карпова[9].

Таблица изотопов железа

Символ
нуклида		Z(p) N(n) Масса изотопа[10]
(а. е. м.) 		Период
полураспада[2]
(T1/2) 		Канал распада Продукт распада Спин и чётность
ядра[2]		Распространённость
изотопа в природе		Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Энергия возбуждения
45Fe 26 19 45,01458(24)# 1,89(49) мс β+ (30%) 45Mn 3/2+#
2p (70%) 43Cr
46Fe 26 20 46,00081(38)# 9(4) мс
[12(+4-3) мс] 		β+ (>99,9%) 46Mn 0+
β+, p (<.1%) 45Cr
47Fe 26 21 46,99289(28)# 21,8(7) мс β+ (>99,9%) 47Mn 7/2−#
β+, p (<.1%) 46Cr
48Fe 26 22 47,98050(8)# 44(7) мс β+ (96,41%) 48Mn 0+
β+, p (3,59%) 47Cr
49Fe 26 23 48,97361(16)# 70(3) мс β+, p (52%) 48Cr (7/2−)
β+ (48%) 49Mn
50Fe 26 24 49,96299(6) 155(11) мс β+ (>99,9%) 50Mn 0+
β+, p (<.1%) 49Cr
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) МэВ 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) кэВ 2,526(24) мин ИП53Fe 19/2−
54Fe 26 28 53,9396090(5) стабилен[прим. 1]0+ 0,05845(35) 0,05837–0,05861
54mFe 6526,9(6) кэВ 364(7) нс 10+
55Fe 26 29 54,9382934(7) 2,737(11) лет ЭЗ55Mn3/2−
56Fe26 30 55,9349363(5) стабилен0+ 0,91754(36) 0,91742–0,91760
57Fe 26 31 56,9353928(5) стабилен1/2− 0,02119(10) 0,02116–0,02121
58Fe 26 32 57,9332744(5) стабилен0+ 0,00282(4) 0,00281–0,00282
59Fe 26 33 58,9348755(8) 44,495(9) сут β−59Co3/2−
60Fe 26 34 59,934072(4) 2,6⋅106 лет β−60Co 0+
61Fe 26 35 60,936745(21) 5,98(6) мин β−61Co 3/2−,5/2−
61mFe 861(3) кэВ 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) кэВ 430(130) нс (5/2−)
66Fe 26 40 65,94678(32) 440(40) мс β− (>99,9%) 66Co 0+
β−, n (<.1%) 65Co
67Fe 26 41 66,95095(45) 394(9) мс β− (>99,9%) 67Co 1/2−#
β−, n (<.1%) 66Co
67mFe 367(3) кэВ 64(17) мкс (5/2−)
68Fe 26 42 67,95370(75) 187(6) мс β− (>99,9%) 68Co 0+
β−, n 67Co
69Fe 26 43 68,95878(54)# 109(9) мс β− (>99,9%) 69Co 1/2−#
β−, n (<.1%) 68Co
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+
β+ — позитронный распад; β- — электронный распад; p — протонный распад; n — нейтронный распад; ЭЗ — электронный захват; ИП — изомерный переход.
  1. ↑ Теоретически может претерпевать двойной электронный захват в 54Cr.

Пояснения к таблице

  • Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. 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.
  • 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

  1. ↑ Rugel G. et al. New Measurement of the 60Fe Half-Life (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2009. — Vol. 103. — P. 72502. — doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502.
  2. ↑ 1 2 3 Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.Открытый доступ
  3. ↑ Железо-55. Дата обращения: 24 мая 2019. Архивировано 24 мая 2019 года.
  4. ↑ R. Nave. Mossbauer Effect in Iron-57. HyperPhysics. Georgia State University. Дата обращения: 13 октября 2009. Архивировано 4 августа 2011 года.
  5. ↑ Iron-57 (57Fe). Дата обращения: 23 декабря 2017. Архивировано 24 декабря 2017 года.
  6. ↑ Iron-59 Handling Precautions. Дата обращения: 30 декабря 2017. Архивировано 31 декабря 2017 года.
  7. ↑ Железа сульфат, 59Fe (Ferric sulfate, 59Fe). Дата обращения: 30 декабря 2017. Архивировано 31 декабря 2017 года.
  8. ↑ Железа сульфат, 59Fe. Дата обращения: 30 декабря 2017. Архивировано 31 декабря 2017 года.
  9. ↑ Обнинский филиал НИФХИ им. Л. Я. Карпова отмечает 50 лет со дня пуска реактора. Дата обращения: 15 октября 2017. Архивировано 15 октября 2017 года.
  10. ↑ Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.