Это список химических элементов по стабильности их изотопов . Из первых 82 элементов таблицы Менделеева 80 имеют изотопы , которые считаются стабильными. [1] Всего существует 251 известный стабильный изотоп.
Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов , которые притягиваются друг к другу посредством ядерной силы , в то время как протоны отталкивают друг друга посредством электрической силы из-за своего положительного заряда . Эти две силы конкурируют, в результате чего некоторые комбинации нейтронов и протонов оказываются более стабильными, чем другие. Нейтроны стабилизируют ядро, поскольку притягивают протоны, что помогает компенсировать электрическое отталкивание между протонами. В результате по мере увеличения числа протонов для образования стабильного ядра необходимо возрастающее соотношение нейтронов к протонам ; если нейтронов слишком много или слишком мало по сравнению с оптимальным соотношением, ядро становится нестабильным и подвержено определенным типам ядерного распада . Нестабильные изотопы распадаются различными путями радиоактивного распада , чаще всего альфа-распадом , бета-распадом или захватом электронов . Известны многие редкие типы распада, такие как спонтанное деление или кластерный распад . ( Подробности см . в разделе «Радиоактивный распад» . )
Из первых 82 элементов таблицы Менделеева 80 имеют изотопы , которые считаются стабильными. [1] 83-й элемент, висмут, традиционно считался самым тяжелым стабильным изотопом висмута-209 , но в 2003 году исследователи из Орсе , Франция, измерили период полураспада209
Би
быть1,9 × 10 19 лет . [2] [3] Технеций и прометий ( атомные номера 43 и 61 соответственно [a] ), а также все элементы с атомным номером более 82 имеют только изотопы, которые, как известно, разлагаются в результате радиоактивного распада . Ожидается, что ни один из неоткрытых элементов не будет стабильным; поэтому свинец считается самым тяжелым стабильным элементом. Однако возможно, что некоторые изотопы, которые сейчас считаются стабильными, будут распадаться с чрезвычайно длительными периодами полураспада (как в случае с209
Би
). В этом списке отражено то, что согласовано консенсусом научного сообщества по состоянию на 2023 год. [1]
Для каждого из 80 стабильных элементов указано количество стабильных изотопов. Ожидается, что только 90 изотопов будут совершенно стабильными, а еще 161 изотоп энергетически нестабильны, но их распад никогда не наблюдался. Таким образом, 251 изотоп ( нуклид ) стабильны по определению (включая тантал-180m, распад которого пока не наблюдался). Ожидается, что те вещества, которые в будущем могут оказаться радиоактивными, будут иметь период полураспада более 10–22 лет (например, ксенон-134). [ нужна цитата ]
В апреле 2019 года было объявлено, что период полураспада ксенона-124 составил 1,8 × 10 22 года. Это самый длительный период полураспада, измеренный напрямую для любого нестабильного изотопа; [4] только период полураспада теллура-128 больше. [ нужна цитата ]
Из химических элементов только 1 элемент ( олово ) имеет 10 таких стабильных изотопов, 5 имеют 7 стабильных изотопов, 7 имеют 6 стабильных изотопов, 11 имеют 5 стабильных изотопов, 9 имеют 4 стабильных изотопа, 5 имеют 3 стабильных изотопа, 16 имеют 2 стабильных изотопа. стабильные изотопы, а 26 имеют 1 стабильный изотоп. [1]
Кроме того, около 31 нуклида встречающихся в природе элементов имеют нестабильные изотопы с периодом полураспада, превышающим возраст Солнечной системы (~ 10 9 лет и более). [b] Еще четыре нуклида имеют период полураспада более 100 миллионов лет, что намного меньше возраста Солнечной системы, но достаточно долго, чтобы некоторые из них выжили. Эти 35 радиоактивных нуклидов природного происхождения составляют первичные радиоактивные нуклиды . Тогда общее количество первичных нуклидов составляет 251 (стабильные нуклиды) плюс 35 радиоактивных первичных нуклидов, всего 286 первичных нуклидов. Это число может измениться, если на Земле будут обнаружены новые короткоживущие первобытные существа. [ нужна цитата ]
Одним из первичных нуклидов является тантал-180m , период полураспада которого, по прогнозам, превышает 10–15 лет , но его распад никогда не наблюдался. Еще более длительный период полураспада теллура-128, составляющий 2,2 × 10 24 года, был измерен с помощью уникального метода обнаружения его радиогенного дочернего ксенона-128 и является самым длительным из известных экспериментально измеренных периодов полураспада. [5] Еще одним ярким примером является единственный природный изотоп висмута, висмут-209 , который, по прогнозам, является нестабильным с очень длительным периодом полураспада, но наблюдался его распад. Из-за длительного периода полураспада такие изотопы до сих пор встречаются на Земле в различных количествах и вместе со стабильными изотопами называются первичными изотопами . Все первичные изотопы приведены в порядке убывания их распространенности на Земле . [c] Список первичных нуклидов в порядке периода полураспада см. в разделе « Список нуклидов» . [ нужна цитата ]
Известно, что существует 118 химических элементов . Все элементы до элемента 94 встречаются в природе, а остальные обнаруженные элементы производятся искусственно, причем все изотопы, как известно, высокорадиоактивны с относительно коротким периодом полураспада (см. Ниже). Элементы в этом списке упорядочены по времени жизни их наиболее стабильного изотопа. [1] Из них три элемента ( висмут , торий и уран ) являются первичными, поскольку имеют достаточно длительный период полураспада, чтобы их можно было найти на Земле, [d] в то время как все остальные производятся либо в результате радиоактивного распада , либо синтезируются. в лабораториях и ядерных реакторах . Только 13 из 38 известных, но нестабильных элементов имеют изотопы с периодом полураспада не менее 100 лет. Каждый известный изотоп остальных 25 элементов высокорадиоактивен; они используются в академических исследованиях, а иногда и в промышленности и медицине. [e] Может оказаться, что некоторые из более тяжелых элементов в периодической таблице имеют еще не открытые изотопы с более длительным сроком жизни, чем перечисленные здесь. [ф]
В природе на Земле встречается около 338 нуклидов. Они включают 251 стабильный изотоп, а с добавлением 35 долгоживущих радиоизотопов с периодом полураспада более 100 миллионов лет, всего 286 первичных нуклидов , как отмечалось выше. Обнаруженные в природе нуклиды включают не только 286 первичных изотопов, но и еще около 52 короткоживущих изотопов (период полураспада которых составляет менее 100 миллионов лет, слишком короткий, чтобы выжить с момента формирования Земли), которые являются дочерьми первичные изотопы (например, радий из урана ); или же они производятся в результате энергетических естественных процессов, например, углерод-14 получается из атмосферного азота в результате бомбардировки космическими лучами . [ нужна цитата ]
Четное число протонов или нейтронов более стабильно (более высокая энергия связи ) из-за эффектов спаривания , поэтому четно-четные нуклиды гораздо более стабильны, чем нечетно-нечетные. Одним из последствий является то, что стабильных нечетно-нечетных нуклидов мало: на самом деле стабильными являются только пять, а период полураспада еще четырех превышает миллиард лет. [ нужна цитата ]
Другой эффект заключается в предотвращении бета-распада многих четно-четных нуклидов в другой четно-четный нуклид с тем же массовым числом, но с меньшей энергией, поскольку распад, происходящий шаг за шагом, должен будет проходить через нечетно-нечетный нуклид с более высокой энергией. ( Двойной бета-распад непосредственно от четного-четного к четно-четному, минуя нечетно-нечетный нуклид, возможен лишь изредка, и этот процесс настолько сильно затруднен, что его период полураспада более чем в миллиард раз превышает возраст Вселенная .) Это приводит к большему числу стабильных четно-четных нуклидов: до трех для некоторых массовых чисел , до семи для некоторых атомных (протонных) номеров и по крайней мере четырех для всех стабильных элементов с четным числом Z , кроме железа (кроме железа). стронций и свинец ). [ нужна цитата ]
Поскольку ядро с нечетным числом протонов относительно менее стабильно, элементы с нечетными номерами, как правило, имеют меньше стабильных изотопов. Из 26 « моноизотопных » элементов, имеющих только один стабильный изотоп, все, кроме одного, имеют нечетный атомный номер — единственным исключением является бериллий . Кроме того, ни один нечетный элемент не имеет более двух стабильных изотопов, тогда как каждый четный элемент со стабильными изотопами, за исключением гелия, бериллия и углерода, имеет не менее трех. Только один элемент с нечетным номером, калий , имеет три первичных изотопа; ни у кого нет больше трех. [ нужна цитата ]
В следующих таблицах приведены элементы с первичными нуклидами , что означает, что элемент все еще может быть идентифицирован на Земле из естественных источников, поскольку он присутствовал с тех пор, как Земля образовалась из солнечной туманности. Таким образом, ни одна из них не является короткоживущей дочерью долгоживущих родительских первобытных особей. Два нуклида, период полураспада которых достаточно велик, чтобы считаться первичными, но еще не наблюдались окончательно как таковые ( 244 Pu и 146 Sm), были исключены. [ нужна цитата ]
Таблицы элементов отсортированы в порядке убывания количества нуклидов, связанных с каждым элементом. (Список, полностью отсортированный по периодам полураспада нуклидов, со смешиванием элементов, см. в разделе « Список нуклидов» .) Приведены стабильные и нестабильные (отмеченные распады ) нуклиды, символы нестабильных (радиоактивных) нуклидов выделены курсивом. Обратите внимание, что сортировка не совсем дает элементы только в порядке стабильных нуклидов, поскольку некоторые элементы имеют большее количество долгоживущих нестабильных нуклидов, что ставит их впереди элементов с большим количеством стабильных нуклидов. По соглашению, нуклиды считаются «стабильными», если их распад никогда не наблюдался экспериментально или путем наблюдения за продуктами распада (чрезвычайно долгоживущие нуклиды, нестабильные только в теории, такие как тантал-180m, считаются стабильными). [ нужна цитата ]
Первая таблица предназначена для элементов с четными атомными номерами , которые, как правило, содержат гораздо больше первичных нуклидов из-за стабильности, обеспечиваемой спариванием протон-протон. Вторая отдельная таблица дана для элементов с нечетными атомными номерами, которые, как правило, содержат гораздо меньше стабильных и долгоживущих (первичных) нестабильных нуклидов. [ нужна цитата ]
