Мононуклидный элемент или монотопный элемент [1] — это один из 21 химического элемента , который встречается на Земле в природе в основном в виде одного нуклида (который может быть, а может и не быть стабильным нуклидом ). Этот единственный нуклид будет иметь характерную атомную массу . Таким образом, в естественном изотопном содержании элемента преобладает один изотоп , который либо стабилен, либо очень долгоживущий. В первой категории 19 элементов (которые являются как моноизотопными, так и мононуклидными), а во второй категории (мононуклидные, но не моноизотопные, поскольку они имеют ноль, а не один стабильный нуклид) — 2 ( висмут [а] и протактиний ). Список 21 мононуклидного элемента приведен в конце статьи.
Из 26 моноизотопных элементов , которые по определению имеют только один стабильный изотоп, семь не считаются мононуклидными из-за присутствия значительной доли очень долгоживущего ( первичного ) радиоизотопа. Этими элементами являются ванадий , рубидий , индий , лантан , европий , лютеций и рений .
Многие единицы измерения исторически определялись или до сих пор определяются со ссылкой на свойства конкретных веществ, которые во многих случаях встречаются в природе в виде смесей нескольких изотопов, например:
Поскольку образцы, взятые из разных природных источников, могут иметь слегка разные соотношения изотопов, соответствующие свойства могут различаться между образцами. Если определение просто относится к веществу без учета изотопного состава, это может привести к некоторому уровню двусмысленности в определении и различиям в практической реализации единицы в разных лабораториях, как это наблюдалось с кельвинами до 2007 года . определение относится только к одному изотопу (как это делает дальтон) или к определенному соотношению изотопов, например, Венский стандарт средней океанской воды . Это устраняет источник двусмысленности и вариаций, но добавляет уровни технических сложностей (подготовка образцов желаемого изотопное соотношение) и неопределенность (относительно того, насколько фактический эталонный образец отличается от номинального соотношения). Использование мононуклидных элементов в качестве эталонного материала позволяет обойти эти проблемы, и, в частности, единственным веществом, на которое ссылаются в самой последней версии SI, является цезий, мононуклидный элемент.
Мононуклидные элементы также имеют научное значение, поскольку их атомный вес может быть измерен с высокой точностью, поскольку существует минимальная неопределенность, связанная с содержанием изотопов, присутствующих в данном образце. Другой способ выразить это заключается в том, что для этих элементов стандартный атомный вес и атомная масса одинаковы. [10]
На практике только 11 мононуклидных элементов используются в стандартной метрологии атомного веса. Это алюминий , висмут , цезий , кобальт , золото , марганец , фосфор , скандий , натрий, тербий и торий . [11]
В спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) тремя наиболее чувствительными стабильными ядрами являются водород-1 ( 1 H), фтор-19 ( 19 F) и фосфор-31 ( 31 P). Фтор и фосфор моноизотопны, почти моноизотопны водород. 1 H ЯМР , 19 F ЯМР и 31 P ЯМР позволяют идентифицировать и изучать соединения, содержащие эти элементы.
В природных образцах обнаружены следовые концентрации нестабильных изотопов некоторых мононуклидных элементов. Например, бериллий-10 ( 10 Be) с периодом полураспада 1,4 миллиона лет производится космическими лучами в верхних слоях атмосферы Земли ; йод-129 ( 129 I) с периодом полураспада 15,7 миллионов лет производится различными космогенными и ядерными механизмами; цезий-137 ( 137 Cs) с периодом полураспада 30 лет образуется в результате ядерного деления . Такие изотопы используются в различных аналитических и судебно-медицинских целях.
Данные об изотопной массе из журнала «Атомный вес и изотопный состав» под ред. Дж. С. Курси, Д. Д. Шваб и Р. А. Драгосет, Национальный институт стандартов и технологий (2005 г.).