İzotopların kararlılığına göre elementlerin listesi - List of elements by stability of isotopes

Atom çekirdeği , nükleer kuvvet yoluyla birbirini çeken proton ve nötronlardan oluşurken, protonlar pozitif yüklerinden dolayı elektrik kuvveti ile birbirlerini iterler . Bu iki kuvvet rekabet eder ve bazı nötron ve proton kombinasyonlarının diğerlerinden daha kararlı olmasına yol açar. Nötronlar çekirdeği stabilize eder çünkü protonları çekerler ve bu da protonlar arasındaki elektriksel itmeyi dengelemeye yardımcı olur. Sonuç olarak, proton sayısı arttıkça, kararlı bir çekirdek oluşturmak için nötronların protonlara oranının artması gerekir; Optimum oran açısından çok fazla veya çok az nötron mevcutsa, çekirdek kararsız hale gelir ve belirli türlerde nükleer bozunmaya maruz kalır . Kararsız izotoplar , en yaygın olarak alfa bozunması , beta bozunması veya elektron yakalama olmak üzere çeşitli radyoaktif bozunma yolları yoluyla bozunur . Kendiliğinden fisyon veya küme bozunması gibi birçok nadir bozulma türü bilinmektedir. (Ayrıntılar için Radyoaktif bozunma bölümüne bakın .)

İzotop yarı ömürleri. Daha koyu, daha kararlı izotop bölgesi, Z element sayısı büyüdükçe protonlar (Z) = nötronlar (N) çizgisinden ayrılır.

Periyodik tablodaki ilk 82 elementten 80'inin kararlı olduğu düşünülen izotopları var . 83 elemanı, bizmut, geleneksel olarak en ağır kararlı izotopu sahip olarak kabul, edildi bizmut-209 , ama 2003 araştırmacılar Orsay , Fransa, ölçülen yarılanma ömrü arasında ²⁰⁹
Bi
olmak 1.9 × 10 ¹⁹  yıl . Technetium ve prometyum ( atom numaraları sırasıyla 43 ve 61) ve atom numarası 82'nin üzerinde olan tüm elementler, yalnızca radyoaktif bozunma yoluyla ayrıştığı bilinen izotoplara sahiptir . Keşfedilmemiş unsurlardan hiçbirinin kararlı olması beklenmez; bu nedenle, kurşun en ağır sabit unsur olarak kabul edilir. Bununla birlikte, şu anda kararlı olduğu düşünülen bazı izotopların son derece uzun yarı ömürlerle bozunduğu ortaya çıkması mümkündür ( ²⁰⁹
Bi
). Bu liste, 2019 itibariyle bilim camiasının fikir birliği ile neyin üzerinde anlaştığını göstermektedir.

80 kararlı elemanın her biri için kararlı izotopların sayısı verilmiştir. Yalnızca 90 izotopun mükemmel bir şekilde kararlı olması beklenir ve 162 ek izotop enerjisel olarak kararsızdır, ancak hiçbir zaman bozulma gözlenmemiştir. Bu nedenle, 252 izotop ( çekirdekler ) tanım gereği stabildir (henüz hiçbir bozulma gözlenmemiş olan tantalum-180m dahil). Gelecekte radyoaktif olarak bulunabilecek olanların yarı ömürlerinin 10 ²² yıldan daha uzun olması beklenmektedir (örneğin, ksenon-134).

Nisan 2019'da xenon-124'ün yarı ömrünün 1.8 × 10 ²² yıl olarak ölçüldüğü açıklandı . Bu, herhangi bir kararsız izotop için doğrudan ölçülen en uzun yarı ömürdür; sadece tellür-128'in yarı ömrü uzundur.

Kimyasal elementlerden yalnızca bir elementin ( kalay ) bu tür 10 kararlı izotopu, beşinin yedi izotopu, sekizinin altı izotopu, onunun beş izotopu, dokuzunun dört izotopu, beşinin üç kararlı izotopu, 16'sının iki kararlı izotopu vardır ve 26 tek bir kararlı izotopa sahiptir.

Ek olarak, doğal olarak oluşan elementlerin yaklaşık 30 çekirdeği, yarı ömrü Güneş Sisteminin yaşından daha büyük olan (~ ¹⁰⁹ yıl veya daha fazla) kararsız izotoplara sahiptir . Ek dört çekirdek, 100 milyon yıldan daha uzun yarı ömre sahiptir, bu da güneş sisteminin yaşından çok daha azdır, ancak bazılarının hayatta kalması için yeterince uzundur. Doğal olarak oluşan bu 34 radyoaktif çekirdek, radyoaktif ilkel nüklidleri içerir . Toplam ilksel çekirdek sayısı 252 (kararlı çekirdekler) artı 34 radyoaktif ilksel çekirdek olup, toplam 286 ilkel çekirdek. Dünya üzerinde yeni daha kısa ömürlü ilk kadranlar tespit edilirse bu sayı değişebilir.

İlksel çekirdeklerden biri , yarılanma ömrünün ^10-15 yıldan fazla olduğu tahmin edilen , ancak hiçbir zaman çürümesi gözlenmeyen tantalum-180m'dir . 2,2 × 10 ²⁴ yıllık tellür-128'in daha da uzun yarı ömrü , radyojenik kızı xenon-128'i tespit etmek için benzersiz bir yöntemle ölçüldü ve bilinen en uzun deneysel olarak ölçülen yarılanma ömrüdür. Dikkate değer başka bir örnek, bizmutun tek doğal izotopu olan bizmut -209'dur ve çok uzun bir yarı ömürle kararsız olduğu tahmin edilen, ancak bozunduğu gözlenmiştir. Uzun yarı ömürleri nedeniyle, bu tür izotoplar Dünya'da hala çeşitli miktarlarda bulunur ve kararlı izotoplarla birlikte bunlara ilkel izotop denir . Tüm ilkel izotoplar, Dünya'da azalan bolluk sırasına göre verilmiştir . Yarı ömür sırasına göre ilkel çekirdekler listesi için, bkz . Çekirdeklerin listesi .

118 kimyasal elementin var olduğu bilinmektedir. 94. elemente ait tüm elementler doğada bulunur ve keşfedilen elementlerin geri kalanı yapay olarak üretilir, izotopların tümü nispeten kısa yarı ömürlere sahip yüksek derecede radyoaktif olduğu bilinir (aşağıya bakınız). Bu listedeki elemanlar, en kararlı izotoplarının yaşam sürelerine göre sıralanmıştır. Bunlardan üç element ( bizmut , toryum ve uranyum ) ilkeldir çünkü Dünya'da hala bulunabilecek kadar uzun yarı ömürleri vardır, diğerlerinin tümü ya radyoaktif bozunma yoluyla üretilir ya da laboratuvarlarda ve nükleer reaktörlerde sentezlenir . Bilinen ancak kararsız 38 elementten sadece 13'ü, en az 100 yıllık yarı ömre sahip izotoplara sahiptir. Kalan 25 elementin bilinen her izotopu oldukça radyoaktiftir; bunlar akademik araştırmada ve bazen endüstri ve tıpta kullanılmaktadır. Periyodik tablodaki bazı ağır elementlerin, burada listelenenlerden daha uzun ömürlü, henüz keşfedilmemiş izotoplara sahip olduğu ortaya çıkabilir.

Dünyada doğal olarak yaklaşık 338 çekirdek bulunur. Bunlar 252 kararlı izotop ve 100 milyon yıldan daha uzun yarı ömre sahip 34 uzun ömürlü radyoizotopun eklenmesiyle, yukarıda belirtildiği gibi toplam 286 ilkel nüklid içerir . Doğal olarak bulunan nüklitler, yalnızca 286 ilkelden oluşmakla kalmaz, aynı zamanda yaklaşık 52 daha kısa ömürlü izotopu da içerir (100 milyon yıldan daha kısa bir yarı ömürle tanımlanır, Dünya'nın oluşumundan hayatta kalamayacak kadar kısa). (örneğin, ilkel izotoplar radyum gelen uranyum ); ya da kozmik ışınların bombardımanıyla atmosferik nitrojenden yapılan karbon-14 gibi enerjik doğal süreçlerle yapılır .

İlkel izotop sayısına göre elemanlar

Bir proton veya nötron çift sayı daha stabil (yüksek bağlanma enerjisi nedeniyle), eşleştirme etkileri çok çift-çift, nüklidler tek-tek çok daha stabildir. Bir etki, birkaç sabit, garip-garip çekirdeklerin olmasıdır: aslında sadece beşi kararlıdır, diğer dördü bir milyar yıldan daha uzun yarılanma ömrüne sahiptir.

Diğer bir etki, aynı kütle numarasına sahip ancak daha düşük enerjiye sahip çift-çift çekirdeklerin beta bozunmasını önlemektir, çünkü her seferinde bir adım ilerleyen bozunma daha yüksek enerjili tek-tek bir çekirdek içinden geçmek zorunda kalacaktır. ( Çift beta bozunması , tek-tek bir çekirdekten geçerek doğrudan çift-hatta-çift arasında, yalnızca ara sıra mümkündür ve o kadar güçlü bir şekilde engellenir ki, yarı ömrü , yaşının milyarlarca katından daha büyüktür . evren .) kararlı çift-çift nüklitlerin daha büyük bir sayı için bu markaları, yukarı bazı kitle numaraları için üç ve yukarı tüm stabil çift sayılı, bazı atomik (proton) sayılar için yedi ve en az dörde Z ötesinde elemanları demir (hariç stronsiyum ve kurşun ).

Tek sayıda proton içeren bir çekirdek nispeten daha az kararlı olduğu için, tek sayılı elemanlar daha az kararlı izotopa sahip olma eğilimindedir. Yalnızca tek bir kararlı izotopu olan 26 " monoizotopik " elementten biri dışında hepsi tek bir atom numarasına sahiptir - tek istisna berilyumdur . Ayrıca, helyum, berilyum ve karbon dışında sabit izotoplara sahip her çift sayılı element en az üç taneye sahipken, tek sayılı hiçbir element ikiden fazla kararlı izotopa sahip değildir. Yalnızca tek bir tek sayılı element olan potasyumun üç ilkel izotopu vardır; hiçbirinde üçten fazlası yok.

Tablolar

Aşağıdaki tablolar, ilksel çekirdekli elementleri vermektedir; bu, elementin, Dünya'nın güneş bulutsusundan oluştuğundan beri mevcut olan doğal kaynaklardan Dünya'da hala tanımlanabileceği anlamına gelir. Bu nedenle, hiçbiri, radon gibi daha uzun ömürlü ebeveyn ilkellerinin daha kısa ömürlü kızları değildir . İlkel olacak kadar uzun yarı ömre sahip, ancak henüz kesin olarak gözlenmemiş ( ²⁴⁴ Pu ve ¹⁴⁶ Sm) iki çekirdek çıkarılmıştır.

Eleman tabloları, her bir elemanla ilişkili azalan çekirdek sayısı sırasına göre sıralanır. (Öğelerin karıştırılmasıyla birlikte, tamamen yarı ömürlerine göre sıralanmış bir liste için, bkz . Çekirdeklerin listesi .) Kararlı ve kararsız (işaretli bozunmalar ) çekirdekler, kararsız (radyoaktif) çekirdekler için semboller italik olarak verilmiştir. Sıralamanın, elementleri tamamen kararlı çekirdek sırasına göre vermediğine dikkat edin, çünkü bazı elementler daha fazla sayıda uzun ömürlü kararsız nüklidlere sahiptir ve bu da onları daha fazla sayıda kararlı çekirdek içeren elementlerin önüne yerleştirir. Geleneksel olarak, nüklitler, deneyle veya bozunma ürünlerinin gözlemlenmesiyle hiç bozulduğu gözlenmemişse "kararlı" olarak sayılır (yalnızca teoride kararsız olan son derece uzun ömürlü nüklitler, örneğin tantal-180m, kararlı olarak sayılır).

İlk tablo, proton-proton eşleşmesinin sağladığı kararlılık nedeniyle çok daha fazla ilkel nükleitlere sahip olma eğiliminde olan çift ​​atom numaralı elementler içindir. Çok daha az kararlı ve uzun ömürlü (ilkel) kararsız çekirdeklere sahip olma eğiliminde olan tek atom numaralı elementler için ikinci ayrı bir tablo verilmiştir.

İlkel izotopları olmayan elementler

En kararlı izotoplarının yarı ömürlerine göre renklendirilmiş elementleri içeren periyodik tablo.

   En az bir kararlı izotop içeren elementler.

   Hafif radyoaktif elementler: En kararlı izotop, iki milyon yıldan fazla yarılanma ömrü ile çok uzun ömürlüdür.

   Önemli ölçüde radyoaktif elementler: En kararlı izotopun yarı ömrü 800 ile 34.000 yıl arasındadır.

   Radyoaktif elementler: En kararlı izotopun yarı ömrü bir gün ile 130 yıl arasındadır.

   Son derece radyoaktif elementler: En kararlı izotopun yarı ömrü birkaç dakika ile bir gün arasındadır.

   Son derece radyoaktif elementler: En kararlı izotopun yarı ömrü birkaç dakikadan azdır.

Ayrıca bakınız

• İstikrar Adası
• İzotop § Nükleer özellikler ve kararlılık
• Çekirdekler listesi
• Yarı ömre göre radyoaktif çekirdeklerin listesi
• İlkel çekirdek
• Kararlı çekirdek
• Kararlı izotop oranı
• Çekirdek tablosu

Dipnotlar

• ^Bir bakın teknetyum Stabilite izotoplar teknetyum ve prometyum kararlı izotoplara sahip neden olarak ayrıntılı bir tartışma için.
• ^b fazla 10 kadar bir yarı-ömre sahip İzotoplar ⁸ yr hala yeryüzünde bulunabilir, ancak bu 7 x 10 üzerinde yarı ömürleri ile ⁸ (itibarıyla yr ²³⁵ U) önemli miktarlarda bulunurlar. Mevcut liste yaklaşık 10 yarı ömürleri ile birkaç izotopları ihmal ⁸ Dünya'da minik miktarlarda ölçülmüştür çünkü yr. 246.000 yıllık yarı ömrü ve% 0.0055 doğal izotopik bolluğu ile Uranyum-234 özel bir durumdur: ilkel bir çekirdek yerine uranyum-238'in bozunma ürünüdür .
• ^c Dünyada da bulunan, son derece uzun yarı ömre sahip kararsız izotoplar vardır ve bunlardan bazıları, belirli bir elementin tüm kararlı izotoplarından bile daha fazladır (örneğin, beta-aktif ¹⁸⁷ Re, kararlılığın iki katıdır. ¹⁸⁵ Re). Ayrıca, bir izotopun daha büyük doğal bolluğu, oluşumunun şu andaDünyayı(ve tabii kiGüneş Sisteminingeri kalanını) oluşturan maddeyi üreten yıldız nükleosentez süreci tarafından desteklendiğini ima eder (ayrıca bkz. Güneş Sistemi).
• ^d Bizmutun yalnızca bir ilkel izotopu varken , uranyumun doğada önemli miktarlarda bulunan üç izotopu vardır ( ²³⁸
  U
  , ²³⁵
  U
  , ve ²³⁴
  U
  ; ilk ikisi primordiyaldir, ²³⁴ U radyojeniktir ve toryumda iki (ilkel ²³²
  Th
  ve radyojenik ²³⁰
  Th
  ).
• ^e Radyonüklid , Nükleer tıp , Yaygın beta yayıcılar , Yaygın olarak kullanılan gama yayan izotoplar , Flor-18 , Kobalt-60 , Stronsiyum-90 , Teknesyum-99m , İyot-123 , İyot- içindeki radyoaktif elementlerin birçok farklı endüstriyel ve tıbbi uygulamasınabakın. 124, Promethium-147 , İridyum-192 vb.
• ^f Kaliforniyumdan daha yüksek atom numarasına sahip elementler için (Z> 98), bilinenden daha kararlı olan keşfedilmemiş izotoplar olabilir .
• ^g Açıklamalar: yr = yıl , d = gün , h = saat , min = dakika , s = saniye .

Referanslar