نظائر البوتاسيوم

للبوتاسيوم (K) خمس وعشرون نظيراً معروفاً تتراوح أعداد الكتلة لها بين 32 و 56. هنالك نظيرين مستقرين للبوتاسيوم وهما بوتاسيوم-39 ³⁹K وبوتاسيوم-41 ⁴¹K. يشكل النظير بوتاسيوم-39 93.3% من الوفرة الطبيعية للبوتاسيوم، في حين يشكل النظير بوتاسيوم-41 6.7% من هذه الوفرة. يوجد في الطبيعة نسبة من النظير المشع بوتاسيوم-40 0.012% والذي يتميز بأن له عمر نصف طويل نسبياً.

لباقي نظائر البوتاسيوم المشعة عمر نصف أقل من يوم واحد، وأغلبها دون الدقيقة الواحدة. أقل هذه النظائر المشعة ثباتاً هو النظير بوتاسيوم-33 ³³K وبوتاسيوم-34 ³⁴K اللذين لديهما أعمار نصف أقل من 25 نانو ثانية. مع العلم أن عمر النصف للنظير بوتاسيوم-32 ³²K غير معروف.

مخطط يظهر تدفق الحرارة الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي للنويدات في الأرض، ⁴⁰K بالخط الأحمر.

بوتاسيوم-40

يعد النظير بوتاسيوم-40 ⁴⁰K أحد النظائر المشعة للبوتاسيوم والذي لديه عمر نصف طويل مقداره 1.248×10⁹ سنة، أي ما يقارب 1.3 الف مليون سنه. وهو يشكل 120 جزء في المليون من عنصر البوتاسيوم في الطبيعة. يعود عمر النصف الطويل لهذا النظير إلى أن حالة انتقال اللف المغزلي ممنوعة، إذ أن اللف المغزلي للبوتاسيوم-40 يبلغ 4 في حين أن نواتج الاضمحلال هي نظائر لها لف مغزلي 0.

يمثل النظير بوتاسيوم-40 مثالاً نادراً على نظير يخضع لكافة أنواع الاضمحلال من النمط بيتا. في النمط الأول من الاضمحلال والذي يشكل 89.28%، يصدر البوتاسيوم-40 جسيم بيتا β⁻ متحولاً إلى كالسيوم-40 مصدراً طاقة مقدارها 1.33 ميغا إلكترون فولت، بالإضافة إلى إصدار نقيض النيوترينو. في النمط الثاني من الاضمحلال والذي يشكل 10.72%، يتحول البوتاسيوم عن طريق اصطياد إلكترون إلى أرغون-40 بإصدار طاقة مقدارها 1.460 ميغا إلكترون فولت على شكل أشعة غاما بالإضافة إلى إصدار نيوترينو. يعد النمط الثالث من الاضمحلال نادر الحدوث، حيث يشكل 0.001% من زمن اللازم للاضمحلال. في النمط الأخير يتحول بوتاسيوم-40 إلى أرغون-40 بإصدار بوزيترون β⁺ ونيوترينو.^[1]

يشكل الاضمحلال الطبيعي للبوتاسيوم-40 أكبر مصدر للإشعاع في جسم الإنسان والحيوانات، وذلك بشكل أكبر منه الكربون-14 ¹⁴C. في جسم إنسان يبلغ وزنه 70 كغ يكون محتوى البوتاسيوم حوالي 160 غرام، مما يكافئ اضمحلال حوالي 4900 نواة من بوتاسيوم-40 كل ثانية.^[2][3]

يستخدم النظير بوتاسيوم-40 في تحديد عمر الصخوروذلك بطريقة التأريخ بواسطة بوتاسيوم-أرغون. يعتمد مبدأ هذه الطريقة على افتراض عد احتواء الصخور على الآرغون عند تشكلها، وأن الأرغون الناتج عن عملية اضمحلال البوتاسيوم-40 بقي محتجزاً في الصخور. يحسب عمر الصخور بتحديد نسبة تركيز البوتاسيوم-40 إلى الأرغون-40.

جدول النظائر

الرمز	Z(ب)	N(ن)	كتلة النظير (u)	عمر النصف	نمط الاضمحلال[4]	ناتج الاضمحلال[n 1]	لف مغزلي	تركيب النظائر التمثيلي (كسر مولي)
طاقة التنشيط
32K	19	13	32.02192		p	31Ar	1+#
32mK	950# كيلو إلكترون فولت						4+#
33K	19	14	33.00726	<25 نانو ثانية	p	32Ar	(3/2+)#
34K	19	15	33.99841	<25 نانو ثانية	p	33Ar	1+#
35K	19	16	34.988010	178 ميلي ثانية	β+ 99.63%	35Ar	3/2+
					β+, p 0.37%	34Cl
36K	19	17	35.981292	342 ميلي ثانية	β+ 99.94%	36Ar	2+
					β+, p 0.048%	35Cl
					β+, α 0.012%	32S
37K	19	18	36.97337589	1.226 ثانية	β+	37Ar	3/2+
38K	19	19	37.9690812	7.636 دقيقة	β+	38Ar	3+
38m1K	130.50 كيلو إلكترون فولت			924.2 ميلي ثانية			0+
38m2K	3458.0 كيلو إلكترون فولت			21.98 ميكرو ثانية			(7+),(5+)
39K	19	20	38.96370668	مستقر			3/2+	0.932581
40K [n 2]	19	21	39.96399848	1.248×109 سنة	β- 89.28%	40Ca	4-	1.17×10−4
					EC 10.72%	40Ar
β+ 0.001%[5]
40mK	1643.639 كيلو إلكترون فولت			336 نانو ثانية			0+
41K	19	22	40.96182576	مستقر			3/2+	0.067302
42K	19	23	41.96240281	12.360 ساعة	β-	42Ca	2-
43K	19	24	42.960716	22.3 ساعة	β-	43Ca	3/2+
44K	19	25	43.96156	22.13 دقيقة	β-	44Ca	2-
45K	19	26	44.960699	17.3 دقيقة	β-	45Ca	3/2+
46K	19	27	45.961977	105 ثانية	β-	46Ca	2(-)
47K	19	28	46.961678	17.50 ثانية	β-	47Ca	1/2+
48K	19	29	47.965514	6.8 ثانية	β- 98.86%	48Ca	(2-)
					β-, n 1.14%	47Ca
49K	19	30	48.96745	1.26 ثانية	β-, n 86%	48Ca	(3/2+)
					β- 14%	49Ca
50K	19	31	49.97278	472 ميلي ثانية	β- 71%	50Ca	(0-,1,2-)
					β-, n 29%	49Ca
51K	19	32	50.97638	365 ميلي ثانية	β- 53%	51Ca	3/2+#
					β-, n 47%	50Ca
52K	19	33	51.98261	105 ميلي ثانية	β-, n 64%	51Ca	(2-)#
					β-, 2n 21%	50Ca
					β- 15%	52Ca
53K	19	34	52.98712	30 ميلي ثانية	β-, n 67%	52Ca	(3/2+)#
					β-, 2n 17%	51Ca
					β- 16%	53Ca
54K	19	35	53.99420	10 ميلي ثانية	β- >99.9%	54Ca	2-#
					β-, n <0.1%	53Ca
55K	19	36	54.99971	3 ميلي ثانية	β-	55Ca	3/2+#
					β-, n	54Ca

1. النظائر المستقرة بالخط الغليظ، والنظائر شبه المستقرة بالخط الغليظ المائل
2. يعد من النظائر شبة المستقرة لأن نصف العمر له طويل نسبياً. يستخدم في التأريخ بواسطة بوتاسيوم-أرغون

المصادر

• كتل النظائر من:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties" (PDF). Nuclear Physics A. ج. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-08-12.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
• تركيب النظائر والكتل الذرية القياسية من:
  • J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). "Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. ج. 75 ع. 6: 683–800. DOI:10.1351/pac200375060683. مؤرشف من الأصل في 2019-01-04.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  • M. E. Wieser (2006). "Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. ج. 78 ع. 11: 2051–2066. DOI:10.1351/pac200678112051. مؤرشف من الأصل في 2019-01-04. {{استشهاد بدورية محكمة}}: تجاهل المحلل الوسيط |laysummary= لأنه غير معروف (مساعدة)
• بيانات أعمار النصف واللف المغزلي والمتماكبات منتقاة من:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties" (PDF). Nuclear Physics A. ج. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-08-12.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  • National Nuclear Data Center. "NuDat 2.1 database". Brookhaven National Laboratory. مؤرشف من الأصل في 2019-10-14. اطلع عليه بتاريخ September 2005. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة)
  • N. E. Holden (2004). "Table of the Isotopes". في D. R. Lide (المحرر). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ط. 85th). CRC Press. Section 11. ISBN:978-0-8493-0485-9.