Изотопы свинца

Свинец ( _82Pb ) имеет четыре наблюдаемых стабильных изотопа : ^204Pb , ^206Pb , ^207Pb , ^208Pb . Свинец-204 является полностью первичным нуклидом и не является радиогенным нуклидом . Три изотопа свинец-206, свинец-207 и свинец-208 представляют собой концы трех цепочек распада : ряда урана (или ряда радия), ряда актиния и ряда тория соответственно; четвертая цепочка распада, ряд нептуния , заканчивается изотопом таллия ^205Tl . Три ряда , заканчивающиеся свинцом, представляют собой продукты цепочки распада долгоживущих первичных 238U , 235U и ^232Th . Каждый изотоп также встречается, в некоторой степени, как первичные изотопы, которые были созданы в сверхновых, а не радиогенно как дочерние продукты. Фиксированное отношение свинца-204 к первичным количествам других изотопов свинца может быть использовано в качестве базовой линии для оценки дополнительных количеств радиогенного свинца, присутствующего в породах в результате распада урана и тория. (См. датирование свинца–свинца и датирование урана–свинца .)

Наиболее долгоживущие радиоизотопы — ²⁰⁵ Pb с периодом полураспада 17,3 млн лет и ²⁰² Pb с периодом полураспада 52 500 лет. Более короткоживущий природный радиоизотоп, ²¹⁰ Pb с периодом полураспада 22,2 года, полезен для изучения хронологии седиментации образцов окружающей среды в масштабах времени менее 100 лет. ^[5]

Относительное содержание четырех стабильных изотопов составляет приблизительно 1,5%, 24%, 22% и 52,5%, что в совокупности дает стандартный атомный вес (средневзвешенное по содержанию стабильного изотопного вещества) 207,2(1). Свинец — элемент с самым тяжелым стабильным изотопом, ²⁰⁸ Pb. (Более массивный ²⁰⁹ Bi , долгое время считавшийся стабильным, на самом деле имеет период полураспада 2,01×10 ¹⁹ лет.) ²⁰⁸ Pb также является дважды магическим изотопом, поскольку имеет 82 протона и 126 нейтронов . ^[6] Это самый тяжелый дважды магический нуклид из известных. В настоящее время известно 43 изотопа свинца, включая очень нестабильные синтетические виды.

Четыре первичных изотопа свинца все являются наблюдаемо стабильными , что означает, что они, как предсказывают, подвергаются радиоактивному распаду, но пока никакого распада не наблюдалось. Эти четыре изотопа, как предсказывают, подвергаются альфа-распаду и становятся изотопами ртути , которые сами по себе являются радиоактивными или наблюдаемо стабильными.

В полностью ионизированном состоянии бета-распад изотопа ^210Pb не высвобождает свободный электрон; вместо этого образовавшийся электрон захватывается пустыми орбиталями атома. ^[7]

Список изотопов

^ ^m Pb – Возбужденный ядерный изомер .
^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
^ # – Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из тенденций от поверхности массы (TMS).
^ Способы распада:
^ Жирный курсивный символ как дочерний – Дочерний продукт почти стабилен.
^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
^ ab # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
^ abc Используется в свинцово-свинцовом датировании
^ Считается, что он подвергается α-распаду до ²⁰⁰ Hg с периодом полураспада более 1,4×10 ²⁰ лет.
^ Конечный продукт распада цепочки распада 4n+2 ( ряд радия или урана )
^ Экспериментальная нижняя граница составляет годы; теоретическое время жизни для α-распада до ²⁰² Hg составляет годы. $\tau _{1/2}>2,5\times 10^{21}$ $>10^{65}$
^ Конечный продукт распада цепочки распада 4n+3 ( серия актиния )
^ Экспериментальная нижняя граница составляет годы; теоретическое время жизни для α-распада до ²⁰³ Hg составляет годы. $\tau _{1/2}>1,9\times 10^{21}$ $>10^{152}$
^ Самый тяжелый наблюдаемо стабильный нуклид; конечный продукт распада цепочки 4n ( ряд тория )
^ Экспериментальная нижняя граница составляет годы; теоретическое время жизни для α-распада до ²⁰⁴ Hg составляет годы. $\tau _{1/2}>2,6\times 10^{21}$ $>10^{124}$
^ ab Промежуточный продукт распада ²³⁷ Np
^ ab Промежуточный продукт распада 238 U
^ Промежуточный продукт распада 235 U
^ Промежуточный продукт распада 232Th

Свинец-206

²⁰⁶ Pb является последним шагом в цепочке распада ²³⁸ U , «ряда радия» или «ряда урана». В закрытой системе с течением времени заданная масса ²³⁸ U будет распадаться в последовательности шагов, достигающих кульминации в ²⁰⁶ Pb. Производство промежуточных продуктов в конечном итоге достигает равновесия (хотя это занимает много времени, поскольку период полураспада ²³⁴ U составляет 245 500 лет). После достижения этой стабилизированной системы отношение ²³⁸ U к ²⁰⁶ Pb будет неуклонно уменьшаться, в то время как отношения других промежуточных продуктов друг к другу останутся постоянными.

Как и большинство радиоизотопов, обнаруженных в ряду радия, ²⁰⁶ Pb изначально был назван разновидностью радия, а именно радием G. Он является продуктом распада как ²¹⁰ Po (исторически называемого радием F ) путем альфа-распада , так и гораздо более редкого ²⁰⁶ Tl ( радий E ^II ) путем бета-распада .

Свинец-206 был предложен для использования в качестве теплоносителя ядерного реактора на быстрых нейтронах вместо использования природной свинцовой смеси (которая также включает другие стабильные изотопы свинца) в качестве механизма для улучшения нейтронной экономичности и значительного подавления нежелательного производства высокорадиоактивных побочных продуктов. ^[13]

Свинец-204, -207 и -208

²⁰⁴ Pb является полностью первичным и, таким образом, полезен для оценки доли других изотопов свинца в данном образце, которые также являются первичными, поскольку относительные доли различных первичных изотопов свинца везде постоянны. ^[14] Таким образом, предполагается, что любой избыток свинца-206, -207 и -208 имеет радиогенное происхождение, ^[14] что позволяет использовать различные схемы датирования урана и тория для оценки возраста пород (времени с момента их образования) на основе относительного содержания свинца-204 по отношению к другим изотопам.^207Pb является конечным элементом ряда актиния, начиная с 235U .

²⁰⁸ Pb является концом серии тория от ²³² Th . Хотя он составляет только приблизительно половину состава свинца в большинстве мест на Земле, его можно найти естественным образом обогащенным до примерно 90% в ториевых рудах. ^[15] ²⁰⁸ Pb является самым тяжелым известным стабильным нуклидом, а также самым тяжелым известным дважды магическим ядром, поскольку Z = 82 и N = 126 соответствуют закрытым ядерным оболочкам . ^[16] Вследствие этой особенно стабильной конфигурации его сечение захвата нейтронов очень мало (даже ниже, чем у дейтерия в тепловом спектре), что делает его интересным для быстрых реакторов со свинцовым охлаждением .

Свинец-212

Радиофармацевтические препараты , содержащие ²¹² Pb, были испытаны в качестве терапевтических средств для экспериментального лечения рака с помощью направленной альфа-частичной терапии . ^[17]

Ссылки

^ Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
^ Мейя и др. 2016.
^ «Стандартные атомные веса: Свинец». CIAAW . 2020.
^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.
^ Jeter, Hewitt W. (март 2000 г.). «Определение возраста современных осадков с использованием измерений следовой радиоактивности» (PDF) . Terra et Aqua (78): 21–28. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. . Получено 23 октября 2019 г. .
^ Бланк, Б.; Реган, П. Х. (2000). «Магические и дважды магические ядра». Новости ядерной физики . 10 (4): 20–27. doi :10.1080/10506890109411553. S2CID 121966707.
^ Takahashi, K; Boyd, RN; Mathews, G. J.; Yokoi, K. (октябрь 1987 г.). "Bound-state beta decay of high ionized atoms". Physical Review C . 36 (4): 1522–1528. Bibcode :1987PhRvC..36.1522T. doi :10.1103/PhysRevC.36.1522. ISSN 0556-2813. OCLC 1639677. PMID 9954244 . Получено 2016-11-20 . Как видно из Таблицы I ( ¹⁸⁷ Re, ²¹⁰ Pb, ²²⁷ Ac и ²⁴¹ Pu), некоторые распады континуума энергетически запрещены, когда атом полностью ионизирован. Это происходит потому, что энергия связи атомов, высвобождаемая при ионизации, т. е. общая электронная связь в нейтральном атоме, $B$ $n$ , увеличивается с $Z.$ Если [ энергия распада ] $Q$ $n$ $<$ $B$ $n$ $($ $Z$ $+1)-$ $B$ $n$ $($ $Z$ $) , то$ $β-$ распад в состоянии континуума энергетически запрещен.
^ Период полураспада, режим распада, ядерный спин и изотопный состав взяты из: Audi, G.; Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S. (2017). "Оценка ядерных свойств NUBASE2016" (PDF) . Chinese Physics C. 41 ( 3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A. doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001.
^ Ван, М.; Ауди, Г.; Кондев, Ф.Г.; Хуан, В.Дж.; Наими, С.; Сюй, Х. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Chinese Physics C. 41 ( 3): 030003-1–030003-442. doi :10.1088/1674-1137/41/3/030003.
^ abcd "Стандартные атомные веса: Свинец". CIAAW . 2020.
^ Kuhn, W. (1929). "LXVIII. Рассеяние γ-излучения тория C радием G и обычным свинцом". Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 8 (52): 628. doi :10.1080/14786441108564923.
^ abc Beeman, JW; et al. (2013). "Новые экспериментальные пределы альфа-распадов изотопов свинца". European Physical Journal A. 49 ( 4): 50. arXiv : 1212.2422 . Bibcode : 2013EPJA...49...50B. doi : 10.1140/epja/i2013-13050-7. S2CID 254111888.
^ Хорасанов, ГЛ; Иванов, АП; Блохин, АИ (2002). Проблема полония в свинцовых теплоносителях быстрых реакторов и один из путей ее решения. 10-я Международная конференция по ядерной технике. С. 711–717. doi :10.1115/ICONE10-22330.
^ ab Woods, GD (ноябрь 2014 г.). Анализ изотопов свинца: удаление изобарной интерференции 204Hg из 204Pb с использованием ICP-QQQ в режиме MS/MS (PDF) (Отчет). Стокпорт, Великобритания: Agilent Technologies.
^ А. Ю. Смирнов; В. Д. Борисевич; А. Сулаберидзе (июль 2012). «Оценка удельной стоимости получения изотопа свинца-208 газовыми центрифугами с использованием различного сырья». Теоретические основы химической технологии . 46 (4): 373–378. doi :10.1134/S0040579512040161. S2CID 98821122.
^ Бланк, Б.; Реган, П. Х. (2000). «Магические и дважды магические ядра». Новости ядерной физики . 10 (4): 20–27. doi :10.1080/10506890109411553. S2CID 121966707.
^ Коков, КВ; Егорова, БВ; Герман, МН; Клабуков, ИД; Крашенинников, МЭ; Ларкин-Кондров, АА; Маковеева, КА; Овчинников, МВ; Сидорова, МВ; Чувилин, ДЮ (2022). "212Pb: подходы к производству и применение в таргетной терапии". Фармацевтика . 14 (1): 189. doi : 10.3390/pharmaceutics14010189 . ISSN 1999-4923. PMC 8777968. PMID 35057083 .

Источники

Мейя, Юрис и др. (2016). «Атомные веса элементов 2013 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. doi : 10.1515/pac-2015-0305 .

Массы изотопов из:

Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "Оценка ядерных и распадающихся свойств с помощью NUBASE", Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001

Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из следующих источников.

Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "Оценка ядерных и распадающихся свойств с помощью NUBASE", Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
Национальный центр ядерных данных . "База данных NuDat 2.x". Брукхейвенская национальная лаборатория .
Holden, Norman E. (2004). "11. Таблица изотопов". В Lide, David R. (ред.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85-е изд.). Boca Raton, Florida : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.