Изотопи на железото

Железото (Fe) кое се јавува во природата (₂₆Fe) има четири стабилни изотопи: 5,845 % од ⁵⁴Fe (можеби радиоактивен со полураспад над 4,4⋅10²⁰ години),^[1] 91,754 % од ⁵⁶Fe, 2,119 % од ⁵⁷Fe и 0,286 % од ⁵⁸Fe. Познати се 24 радиоактивни изотопи чии периоди на полураспад се наведени подолу, од кои најстабилни се ⁶⁰Fe (полураспад од 2,6 милиони години) и ⁵⁵Fe (полураспад од 2,7 години).

Во минатото, напорите за одредување на изотопниот состав на железото се сосредоточени во утврдување на варијациите на ⁶⁰Fe кои се должат на процесот кој ги придружува нуклеосинтезата (т.е. изучувањата на метеорити) и рудообразбата. Во поново време, технолошкиот напредок во масената спектрометрија овозможува пронаоѓање и мерење на ситните природни варијации во уделот на стабилните изотопи на железото. Овие изучувања ги предводат стручњаци од област ана геонауката и планетологијата, иако почнува да се јавува и примена во биолошките и индустриските системи.^[2]

Список на изотопи

Нуклид [б 1]	Z	N	Изотопна маса (Da) [б 2][б 3]	Полураспад [б 4]	Распаден облик [б 5]	Изведен изотоп [б 6]	Спин и парност [б 7][б 4]	Природна застапеност (моларен удел)
	Енергија на возбуда							Нормален сразмер	Варијантен опсег
45Fe	26	19	45,01458(24)#	1,89(49) мс	β+ (30 %)	45Mn	3/2+#
					2p (70 %)	43Cr
46Fe	26	20	46,00081(38)#	9(4) мс [12(+4-3) мс]	β+ (>99,9 %)	46Mn	0+
					β+, p (<,1 %)	45Cr
47Fe	26	21	46,99289(28)#	21,8(7) мс	β+ (>99,9 %)	47Mn	7/2−#
					β+, p (<,1 %)	46Cr
48Fe	26	22	47,98050(8)#	44(7) мс	β+ (96,41 %)	48Mn	0+
					β+, p (3,59 %)	47Cr
49Fe	26	23	48,97361(16)#	70(3) мс	β+, p (52 %)	48Cr	(7/2−)
					β+ (48 %)	49Mn
50Fe	26	24	49,96299(6)	155(11) мс	β+ (>99,9 %)	50Mn	0+
					β+, p (<,1 %)	49Cr
51Fe	26	25	50,956820(16)	305(5) мс	β+	51Mn	5/2−
52Fe	26	26	51,948114(7)	8,275(8) ч	β+	52mMn	0+
52mFe	6,81(13) MeV			45,9(6) с	β+	52Mn	(12+)#
53Fe	26	27	52,9453079(19)	8,51(2) мин	β+	53Mn	7/2−
53mFe	3040,4(3) keV			2,526(24) мин	IT	53Fe	19/2−
54Fe	26	28	53,9396090(5)	стабилен при набљудување[б 8]			0+	0,05845(35)	0,05837–0,05861
54mFe	6526,9(6) keV			364(7) нс			10+
55Fe	26	29	54,9382934(7)	2,737(11) г	ЕЗ	55Mn	3/2−
56Fe[б 9]	26	30	55,9349363(5)	стабилен			0+	0,91754(36)	0,91742–0,91760
57Fe	26	31	56,9353928(5)	стабилен			1/2−	0,02119(10)	0,02116–0,02121
58Fe	26	32	57,9332744(5)	стабилен			0+	0,00282(4)	0,00281–0,00282
59Fe	26	33	58,9348755(8)	44,495(9) д	β−	59Co	3/2−
60Fe	26	34	59,934072(4)	2,6×106 г	β−	60Co	0+	расеан
61Fe	26	35	60,936745(21)	5,98(6) мин	β−	61Co	3/2−,5/2−
61mFe	861(3) keV			250(10) нс			9/2+#
62Fe	26	36	61,936767(16)	68(2) с	β−	62Co	0+
63Fe	26	37	62,94037(18)	6,1(6) с	β−	63Co	(5/2)−
64Fe	26	38	63,9412(3)	2,0(2) с	β−	64Co	0+
65Fe	26	39	64,94538(26)	1,3(3) с	β−	65Co	1/2−#
65mFe	364(3) keV			430(130) нс			(5/2−)
66Fe	26	40	65,94678(32)	440(40) мс	β− (>99,9 %)	66Co	0+
					β−, n (<,1 %)	65Co
67Fe	26	41	66,95095(45)	394(9) мс	β− (>99,9 %)	67Co	1/2−#
					β−, n (<,1 %)	66Co
67mFe	367(3) keV			64(17) µс			(5/2−)
68Fe	26	42	67,95370(75)	187(6) мс	β− (>99,9 %)	68Co	0+
					β−, n	67Co
69Fe	26	43	68,95878(54)#	109(9) мс	β− (>99,9 %)	69Co	1/2−#
					β−, n (<,1 %)	68Co
70Fe	26	44	69,96146(64)#	94(17) мс			0+
71Fe	26	45	70,96672(86)#	30# мс [>300 нс]			7/2+#
72Fe	26	46	71,96962(86)#	10# мс [>300 нс]			0+
прегледај

1. ^mFe – Возбуден јадрен изомер.
2. ( ) – Неизвесноста (1σ) е дадена во концизен облик во загради по соодветните последни цифри.
3. # – Атомска маса означена со #: вредноста и неизвесноста не се само изведени само од опитни податоци, туку барем делумно од трендови од масената површина (TMS).
4. # – Вредностите означени со # не се само изведени од опитни податоци, туку барем делумно и од трендови во соседните нуклиди (TNN).
5. Облици на распад:

   EC:	Електронски зафат
   IT:	Јадрен преод
   n:	Неутронски распад
   p:	Протонски распад

6. Задебелен симбол како изведен – Изведениот производ е стабилен.
7. ( ) спинова вредност – Означува спин со слаби зададени аргументи.
8. Се смета дека се распаѓа со β⁺β⁺ на ⁵⁴Cr со период на полураспад од преку 4,4×10²⁰ години^[1]
9. Најмала маса по нуклеон на сите нуклиди; Конечен производ на ѕвездена нуклеосинтеза

• Атомските маси на стабилните нуклиди (⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁷Fe, and ⁵⁸Fe) се дадени во оценката на атомски маси на AME2012. Грешките од едно стандардно отстапување се дадени во загради по соодветните последни цифри.^[3]

Железо-54

⁵⁴Fe е стабилен при набљудување, но во теорија може да се распадне на ⁵⁴Cr, со полурапад од преку 4,4⋅10²⁰ години со двоен електронски зафат (εε).^[1]

Железо-56

Главна статија: Железо-56

Изотопот ⁵⁶Fe е изотопот со најмала маса по нуклеон, 930,412 MeV/c², иако не со највисоката врзивна енергија по нуклеон (тоа е никелот-62).^[4] Меѓутоа, поради поединостите на нуклеосинтезата, ⁵⁶Fe е почест краен производ на врзивните вериги во крајно масивни ѕвезди и затоа е почест во вселената во однос на другите метали како ⁶²Ni, ⁵⁸Fe и ⁶⁰Ni — сите со многу висока врзивна енергија.

Железо-57

Изотопот ⁵⁷Fe наоѓа широка примена во Месбауеровата спектроскопија и сродната јадренорезонантна вибрациска спектроскопија поради малата природна варијација во енергијата на јадрениот преод од 14,4 keV.^[5] Со овој преод е постигнато првото дефинитнвно мерење на гравитациското црвено поместување со Паунд-Ребекиниот опит од 1960 г.^[6]

Железо-58

Железо-60

Железото-60 е изотоп со полураспад од 2,6 милиони години,^[7][8]. При бета-распад дава кобалт-60, кој потоа по полураспад од 5 години станува стабилен никел-60. Траги од железо-60 се пронајдени во примероци од Месечината.

Во фазите на метеоритите Семаркона и Червониј Кут пронајдена е заемна врска помеѓу концентрацијата на ⁶⁰Ni, изведениот изотоп од ⁶⁰Fe, и застапеноста на стабилни железни изотопи, што е доказ за постоењето на ⁶⁰Fe при настанокот на Сончевиот Систем. Можно е енергијата ослободена од распадот на ⁶⁰Fe и на радионуклидот ²⁶Al да придонеле кон повторното топење и раслојување на астероидите по нивниот настанок пред 4,6 милијарди години. Изобилството на ⁶⁰Ni во вонземскиот материјал може понатаму да даде повеќе увид во потеклото на Сончевиот Систем и неговата рана историја.

Железото-60 пронајдено во фосилизираните бактерии од наслагите на морското дно укажуваат на постоењето на супернова во близина на Сончевиот Систем пред околу 2 милиони години.^[9][10] Железото-60 се среќава и во наслаги од пред 8 милиони години.^[11]

Во 2019 г. истражувачите пронашле ѕвезден ⁶⁰Fe на Антарктикот, кој го поврзуваа тсо Месниот Меѓуѕвезден Облак.^[12]

Наводи

1. Bikit, I.; Krmar, M.; Slivka, J.; Vesković, M.; Čonkić, Lj.; Aničin, I. (1998). „New results on the double β decay of iron“. Physical Review C. 58 (4): 2566–2567. Bibcode:1998PhRvC..58.2566B. doi:10.1103/PhysRevC.58.2566.
2. N. Dauphas; O. Rouxel (2006). „Mass spectrometry and natural variations of iron isotopes“. Mass Spectrometry Reviews. 25 (4): 515–550. Bibcode:2006MSRv...25..515D. doi:10.1002/mas.20078. PMID 16463281.
3. Wang, M.; Audi, G.; Wapstra, A.H.; Kondev, F.G.; MacCormick, M.; Xu, X.; Pfeiffer, B. (2012). „The Ame2012 atomic mass evaluation“. Chinese Physics C. 36 (12): 1603–2014. Bibcode:2012ChPhC..36....3M. doi:10.1088/1674-1137/36/12/003.
4. Fewell, M. P. (1995). „The atomic nuclide with the highest mean binding energy“. American Journal of Physics. 63 (7): 653. Bibcode:1995AmJPh..63..653F. doi:10.1119/1.17828.
5. R. Nave. „Mossbauer Effect in Iron-57“. HyperPhysics. Georgia State University. Посетено на 13 октомври 2009.
6. Pound, R. V.; Rebka Jr. G. A. (1 април 1960). „Apparent weight of photons“. Physical Review Letters. 4 (7): 337–341. Bibcode:1960PhRvL...4..337P. doi:10.1103/PhysRevLett.4.337.
7. Rugel, G.; Faestermann, T.; Knie, K.; Korschinek, G.; Poutivtsev, M.; Schumann, D.; Kivel, N.; Günther-Leopold, I.; Weinreich, R.; Wohlmuther, M. (2009). „New Measurement of the ⁶⁰Fe Half-Life“. Physical Review Letters. 103 (7): 72502. Bibcode:2009PhRvL.103g2502R. doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502. PMID 19792637.^{[мртва врска]}
8. „Eisen mit langem Atem“. scienceticker. 27 август 2009. Архивирано од изворникот на 3 февруари 2018. Посетено на 22 мај 2010.
9. Belinda Smith (9 август 2016). „Ancient bacteria store signs of supernova smattering“. Cosmos.
10. Peter Ludwig; и др. (16 август 2016). „Time-resolved 2-million-year-old supernova activity discovered in Earth's microfossil record“. PNAS. 113 (33): 9232–9237. arXiv:1710.09573. Bibcode:2016PNAS..113.9232L. doi:10.1073/pnas.1601040113. PMC 4995991. PMID 27503888.
11. Colin Barras (14 октомври 2017). „Fires may have given our evolution a kick-start“. New Scientist. 236 (3147): 7. Bibcode:2017NewSc.236....7B. doi:10.1016/S0262-4079(17)31997-8.
12. Koll, Dominik; et., al. (2019). „Interstellar ⁶⁰Fe in Antarctica“. Physical Review Letters. 123 (7): 072701. Bibcode:2019PhRvL.123g2701K. doi:10.1103/PhysRevLett.123.072701. PMID 31491090.

Извори

Маси на изтотопите:

• Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“, Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001

Состав на изотопите и стандардни атомски маси:

• de Laeter, John Robert; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin J. R.; Taylor, Philip D. P. (2003). „Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)“. Pure and Applied Chemistry. 75 (6): 683–800. doi:10.1351/pac200375060683.
• Wieser, Michael E. (2006). „Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)“. Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051.
• „News & Notices: Standard Atomic Weights Revised“. International Union of Pure and Applied Chemistry. 19 October 2005.

Период на полураспад, спин и изомерни податоци:

• Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties“, Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
• National Nuclear Data Center. „NuDat 2.x database“. Brookhaven National Laboratory.
• Holden, Norman E. (2004). „11. Table of the Isotopes“. Во Lide, David R. (уред.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85th. изд.). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9.