Изотопы свинца

Изото́пы свинца́ — разновидности химического элемента свинца с разным количеством нейтронов в ядре. Известны изотопы свинца с массовыми числами от 178 до 220 (количество протонов 82, нейтронов от 96 до 138) и 48 ядерных изомеров.

Свинец — последний элемент в периодической таблице, у которого существуют стабильные изотопы. Элементы после свинца стабильных изотопов не имеют. Ядра свинца имеют замкнутую протонную оболочку Z = 82 (магическое число), что объясняет устойчивость изотопов этого элемента; ядро ²⁰⁸Pb является дважды магическим (Z = 82, N = 126), это один из пяти существующих в природе дважды магических нуклидов.

Remove ads

Природные изотопы свинца

Суммиров вкратце

Перспектива

Природный свинец состоит из 4 стабильных изотопов:^[1]

²⁰⁴Pb (изотопная распространённость 1,4 ± 0,6 %)
²⁰⁶Pb (изотопная распространённость 24,1 ± 3,0 %)
²⁰⁷Pb (изотопная распространённость 22,1 ± 5,0 %)
²⁰⁸Pb (изотопная распространённость 52,4 ± 7,0 %)

Большие разбросы изотопной распространённости вызваны не погрешностью измерений, а наблюдаемым разбросом в различных природных минералах ввиду разных цепочек радиогенного возникновения свинца. Изотопы ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb являются радиогенными, то есть образуются в результате радиоактивного распада соответственно ²³⁸U, ²³⁵U и ²³²Th. Поэтому многие минералы имеют иной изотопный состав свинца вследствие накопления продуктов распада урана и тория. Изотопный состав, который приведён выше, характерен преимущественно для галенитов, в которых урана и тория практически нет, и пород, преимущественно осадочных, в которых количество урана находится в кларковых пределах. В радиоактивных минералах этот состав существенно отличается и зависит от вида радиоактивного элемента, слагающего минерал. В урановых минералах, таких как уранинит UO₂, настуран UO₂ (урановая смолка), урановые черни, в которых существенно преобладает уран, радиогенный изотоп ²⁰⁶Pb_рад существенно преобладает над другими изотопами свинца, и его концентрации могут достигать 90 %. Например, в урановой смолке (Сан-Сильвер, Франция) концентрация ²⁰⁶Pb равна 92,9 %, в урановой смолке из Шинколобве (Киншаса) — 94,25 %^[2]. В ториевых минералах, например, в торите ThSiO₄, существенно преобладает радиогенный изотоп ²⁰⁸Pb_рад. Так, в монаците из Казахстана концентрация ²⁰⁸Pb равна 94,02 %, в монаците из пегматита Бекета (Зимбабве) — 88,8 %^[2]. Имеется комплекс минералов, например, монацит (Ce, La, Nd)[PO₄], циркон ZrSiO₄ и др., в которых в переменных соотношениях находятся уран и торий и соответственно в разных соотношениях присутствуют все или большинство изотопов свинца. Следует отметить, что в цирконах содержание нерадиогенного свинца крайне мало, что делает их удобным объектом для уран-торий-свинцового метода датирования (цирконометрия).

Помимо стабильных изотопов, в природе в следовых количествах наблюдаются другие радиоактивные изотопы свинца, входящие в состав радиоактивных рядов урана-238 (²¹⁴Pb и ²¹⁰Pb), урана-235 (²¹¹Pb) и тория-232 (²¹²Pb). Эти изотопы имеют устаревшие, но ещё иногда встречающиеся исторические названия и обозначения: ²¹⁰Pb — радий D (RaD), ²¹⁴Pb — радий B (RaB), ²¹¹Pb — актиний B (AcB), ²¹²Pb — торий B (ThB). Их природное содержание крайне мало, в равновесии оно соответствует содержанию родительского изотопа ряда, умноженному на отношение периодов полураспада дочернего изотопа и родоначальника ряда. Например, для свинца-212 из ряда тория это отношение равно (10,64 часа)/(1,405·10¹⁰ лет) ≈ 9·10⁻¹⁴; иными словами, на 11 триллионов атомов тория-232 в природном равновесии приходится лишь один атом свинца-212.

Remove ads

Радиоизотопы

Самыми долгоживущими радиоактивными изотопами свинца являются ²⁰⁵Pb (период полураспада — 17,3 млн лет), ²⁰²Pb (период полураспада — 52 500 лет) и ²¹⁰Pb (период полураспада — 22,2 года). Период полураспада остальных радиоизотопов не превышает 3 суток.

Применение

Свинец-212

²¹²Pb^[3] является перспективным изотопом для терапии рака альфа-частицами^[англ.]. Период полураспада 10 часов, конечный изотоп ²⁰⁸Pb. Цепочка распада создает альфа- и бета-излучение. Изотоп вводится в состав фармацевтического препарата, который селективно поглощается поражёнными клетками. Альфа-частицы имеют очень небольшую длину свободного пробега в тканях, соизмеримую с размером клетки. Таким образом, разрушительное воздействие ионизирующего излучения концентрируется в поражённых тканях, а высокая разрушительная способность альфа-излучения эффективно убивает поражённые клетки^[4].

²¹²Pb входит в цепочку распада ²³²U, искусственного изотопа, получаемого путём облучения природного тория ²³²Th нейтронами в реакторе. Для медицинских целей создают мобильные генераторы ²¹²Pb, из которых наработанный свинец вымывается химическим способом.

Свинец-208

²⁰⁸Pb обладает низким сечением захвата нейтронов, что делает этот изотоп пригодным в качестве теплоносителя для ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем.

Таблица изотопов свинца

Подробнее Символ нуклида, Историческое название ...

Символ нуклида	Историческое название	Z (p)	N (n)	Масса изотопа^[5] (а. е. м.)	Период полураспада^[6] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[6]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Символ нуклида	Историческое название	Энергия возбуждения			Период полураспада^[6] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[6]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
¹⁷⁸Pb		82	96	178,003830(26)	0,23(15) мс	α	¹⁷⁴Hg	0+
¹⁷⁹Pb		82	97	179,00215(21)#	3,9(1,1) мс	α	¹⁷⁵Hg	(9/2−)
¹⁸⁰Pb		82	98	179,997918(22)	4,5(11) мс	α	¹⁷⁶Hg	0+
¹⁸¹Pb		82	99	180,99662(10)	45(20) мс	α (98 %)	¹⁷⁷Hg	(9/2−)
¹⁸¹Pb		82	99	180,99662(10)	45(20) мс	β⁺ (2 %)	¹⁸¹Tl	(9/2−)
¹⁸²Pb		82	100	181,992672(15)	60(40) мс [55(+40−35) мс]	α (98 %)	¹⁷⁸Hg	0+
¹⁸²Pb		82	100	181,992672(15)	60(40) мс [55(+40−35) мс]	β⁺ (2 %)	¹⁸²Tl	0+
¹⁸³Pb		82	101	182,99187(3)	535(30) мс	α (94 %)	¹⁷⁹Hg	(3/2−)
¹⁸³Pb		82	101	182,99187(3)	535(30) мс	β⁺ (6 %)	¹⁸³Tl	(3/2−)
^183mPb		94(8) кэВ			415(20) мс	α	¹⁷⁹Hg	(13/2+)
^183mPb		94(8) кэВ			415(20) мс	β⁺ (редко)	¹⁸³Tl	(13/2+)
¹⁸⁴Pb		82	102	183,988142(15)	490(25) мс	α	¹⁸⁰Hg	0+
¹⁸⁴Pb		82	102	183,988142(15)	490(25) мс	β⁺ (редко)	¹⁸⁴Tl	0+
¹⁸⁵Pb		82	103	184,987610(17)	6,3(4) с	α	¹⁸¹Hg	3/2−
¹⁸⁵Pb		82	103	184,987610(17)	6,3(4) с	β⁺ (редко)	¹⁸⁵Tl	3/2−
^185mPb		60(40)# кэВ			4,07(15) с	α	¹⁸¹Hg	13/2+
^185mPb		60(40)# кэВ			4,07(15) с	β⁺ (редко)	¹⁸⁵Tl	13/2+
¹⁸⁶Pb		82	104	185,984239(12)	4,82(3) с	α (56 %)	¹⁸²Hg	0+
¹⁸⁶Pb		82	104	185,984239(12)	4,82(3) с	β⁺ (44 %)	¹⁸⁶Tl	0+
¹⁸⁷Pb		82	105	186,983918(9)	15,2(3) с	β⁺	¹⁸⁷Tl	(3/2−)
¹⁸⁷Pb		82	105	186,983918(9)	15,2(3) с	α	¹⁸³Hg	(3/2−)
^187mPb		11(11) кэВ			18,3(3) с	β⁺ (98 %)	¹⁸⁷Tl	(13/2+)
^187mPb		11(11) кэВ			18,3(3) с	α (2 %)	¹⁸³Hg	(13/2+)
¹⁸⁸Pb		82	106	187,980874(11)	25,5(1) с	β⁺ (91,5 %)	¹⁸⁸Tl	0+
¹⁸⁸Pb		82	106	187,980874(11)	25,5(1) с	α (8,5 %)	¹⁸⁴Hg	0+
^188m1Pb		2578,2(7) кэВ			830(210) нс			(8−)
^188m2Pb		2800(50) кэВ			797(21) нс
¹⁸⁹Pb		82	107	188,98081(4)	51(3) с	β⁺	¹⁸⁹Tl	(3/2−)
^189m1Pb		40(30)# кэВ			50,5(2,1) с	β⁺ (99,6 %)	¹⁸⁹Tl	13/2+
^189m1Pb		40(30)# кэВ			50,5(2,1) с	α (0,4 %)	¹⁸⁵Hg	13/2+
^189m2Pb		2475(30)# кэВ			26(5) мкс			(10)+
¹⁹⁰Pb		82	108	189,978082(13)	71(1) с	β⁺ (99,1 %)	¹⁹⁰Tl	0+
¹⁹⁰Pb		82	108	189,978082(13)	71(1) с	α (0,9 %)	¹⁸⁶Hg	0+
^190m1Pb		2614,8(8) кэВ			150 нс			(10)+
^190m2Pb		2618(20) кэВ			25 мкс			(12+)
^190m3Pb		2658,2(8) кэВ			7,2(6) мкс			(11)−
¹⁹¹Pb		82	109	190,97827(4)	1,33(8) мин	β⁺ (99,987 %)	¹⁹¹Tl	(3/2−)
¹⁹¹Pb		82	109	190,97827(4)	1,33(8) мин	α (0,013 %)	¹⁸⁷Hg	(3/2−)
^191mPb		20(50) кэВ			2,18(8) мин	β⁺ (99,98 %)	¹⁹¹Tl	13/2(+)
^191mPb		20(50) кэВ			2,18(8) мин	α (0,02 %)	¹⁸⁷Hg	13/2(+)
¹⁹²Pb		82	110	191,975785(14)	3,5(1) мин	β⁺ (99,99 %)	¹⁹²Tl	0+
¹⁹²Pb		82	110	191,975785(14)	3,5(1) мин	α (0,0061 %)	¹⁸⁸Hg	0+
^192m1Pb		2581,1(1) кэВ			164(7) нс			(10)+
^192m2Pb		2625,1(11) кэВ			1,1(5) мкс			(12+)
^192m3Pb		2743,5(4) кэВ			756(21) нс			(11)−
¹⁹³Pb		82	111	192,97617(5)	5# мин	β⁺	¹⁹³Tl	(3/2−)
^193m1Pb		130(80)# кэВ			5,8(2) мин	β⁺	¹⁹³Tl	13/2(+)
^193m2Pb		2612,5(5)+X кэВ			135(+25−15) нс			(33/2+)
¹⁹⁴Pb		82	112	193,974012(19)	12,0(5) мин	β⁺ (100 %)	¹⁹⁴Tl	0+
¹⁹⁴Pb		82	112	193,974012(19)	12,0(5) мин	α (7,3⋅10⁻⁶%)	¹⁹⁰Hg	0+
¹⁹⁵Pb		82	113	194,974542(25)	~15 мин	β⁺	¹⁹⁵Tl	3/2#-
^195m1Pb		202,9(7) кэВ			15,0(12) мин	β⁺	¹⁹⁵Tl	13/2+
^195m2Pb		1759,0(7) кэВ			10,0(7) мкс			21/2−
¹⁹⁶Pb		82	114	195,972774(15)	37(3) мин	β⁺	¹⁹⁶Tl	0+
¹⁹⁶Pb		82	114	195,972774(15)	37(3) мин	α (3⋅10⁻⁵%)	¹⁹²Hg	0+
^196m1Pb		1049,20(9) кэВ			<100 нс			2+
^196m2Pb		1738,27(12) кэВ			<1 мкс			4+
^196m3Pb		1797,51(14) кэВ			140(14) нс			5−
^196m4Pb		2693,5(5) кэВ			270(4) нс			(12+)
¹⁹⁷Pb		82	115	196,973431(6)	8,1(17) мин	β⁺	¹⁹⁷Tl	3/2−
^197m1Pb		319,31(11) кэВ			42,9(9) мин	β⁺ (81 %)	¹⁹⁷Tl	13/2+
						ИП (19 %)	¹⁹⁷Pb
						α (3⋅10⁻⁴%)	¹⁹³Hg
^197m2Pb		1914,10(25) кэВ			1,15(20) мкс			21/2−
¹⁹⁸Pb		82	116	197,972034(16)	2,4(1) ч	β⁺	¹⁹⁸Tl	0+
^198m1Pb		2141,4(4) кэВ			4,19(10) мкс			(7)−
^198m2Pb		2231,4(5) кэВ			137(10) нс			(9)−
^198m3Pb		2820,5(7) кэВ			212(4) нс			(12)+
¹⁹⁹Pb		82	117	198,972917(28)	90(10) мин	β⁺	¹⁹⁹Tl	3/2−
^199m1Pb		429,5(27) кэВ			12,2(3) мин	ИП (93 %)	¹⁹⁹Pb	(13/2+)
^199m1Pb		429,5(27) кэВ			12,2(3) мин	β⁺ (7 %)	¹⁹⁹Tl	(13/2+)
^199m2Pb		2563,8(27) кэВ			10,1(2) мкс			(29/2−)
²⁰⁰Pb		82	118	199,971827(12)	21,5(4) ч	β⁺	²⁰⁰Tl	0+
²⁰¹Pb		82	119	200,972885(24)	9,33(3) ч	ЭЗ (99 %)	²⁰¹Tl	5/2−
²⁰¹Pb		82	119	200,972885(24)	9,33(3) ч	β⁺ (1 %)	²⁰¹Tl	5/2−
^201m1Pb		629,14(17) кэВ			61(2) с			13/2+
^201m2Pb		2718,5+X кэВ			508(5) нс			(29/2−)
²⁰²Pb		82	120	201,972159(9)	5,25(28)⋅10⁴ лет	ЭЗ (99 %)	²⁰²Tl	0+
²⁰²Pb		82	120	201,972159(9)	5,25(28)⋅10⁴ лет	α (1 %)	¹⁹⁸Hg	0+
^202m1Pb		2169,83(7) кэВ			3,53(1) ч	ИП (90,5 %)	²⁰²Pb	9−
^202m1Pb		2169,83(7) кэВ			3,53(1) ч	ЭЗ (9,5 %)	²⁰²Tl	9−
^202m2Pb		4142,9(11) кэВ			110(5) нс			(16+)
^202m3Pb		5345,9(13) кэВ			107(5) нс			(19−)
²⁰³Pb		82	121	202,973391(7)	51,873(9) ч	ЭЗ	²⁰³Tl	5/2−
^203m1Pb		825,20(9) кэВ			6,21(8) с	ИП	²⁰³Pb	13/2+
^203m2Pb		2949,47(22) кэВ			480(7) мс			29/2−
^203m3Pb		2923,4+X кэВ			122(4) нс			(25/2−)
²⁰⁴Pb		82	122	203,9730436(13)^{[прим. 1]}	стабилен (>1,4⋅10¹⁷ лет)^[8]^{[прим. 2]}			0+	0,014(1)	0,0104-0,0165
^204m1Pb		1274,00(4) кэВ			265(10) нс			4+
^204m2Pb		2185,79(5) кэВ			67,2(3) мин			9−
^204m3Pb		2264,33(4) кэВ			0,45(+10−3) мкс			7−
²⁰⁵Pb		82	123	204,9744818(13)^{[прим. 3]}	1,73(7)⋅10⁷ лет^[9]	ЭЗ	²⁰⁵Tl	5/2−
^205m1Pb		2,329(7) кэВ			24,2(4) мкс			1/2−
^205m2Pb		1013,839(13) кэВ			5,55(2) мс			13/2+
^205m3Pb		3195,7(5) кэВ			217(5) нс			25/2−
²⁰⁶Pb	Радий G	82	124	205,9744653(13)^{[прим. 4]}	стабилен (>2,5⋅10²¹ лет)^[8]^{[прим. 5]}			0+	0,241(1)	0,2084-0,2748
^206m1Pb		2200,14(4) кэВ			125(2) мкс			7−
^206m2Pb		4027,3(7) кэВ			202(3) нс			12+
²⁰⁷Pb	Актиний D	82	125	206,9758969(13)^{[прим. 6]}	стабилен (>1,9⋅10²¹ лет)^[8]^{[прим. 7]}			1/2−	0,221(1)	0,1762-0,2365
^207mPb		1633,368(5) кэВ			806(6) мс	ИП	²⁰⁷Pb	13/2+
²⁰⁸Pb	Торий D	82	126	207,9766521(13)^{[прим. 8]}	стабилен (>2,6⋅10²¹ лет)^[8]^{[прим. 9]}			0+	0,524(1)	0,5128-0,5621
^208mPb		4895(2) кэВ			500(10) нс			10+
²⁰⁹Pb		82	127	208,9810901(19)	3,253(14) ч	β⁻	²⁰⁹Bi	9/2+
²¹⁰Pb	Радий D Радио-свинец	82	128	209,9841885(16)^{[прим. 10]}	22,20(22) года	β⁻ (100 %)	²¹⁰Bi	0+	следовые количества^{[прим. 11]}
²¹⁰Pb	Радий D Радио-свинец	82	128	209,9841885(16)^{[прим. 10]}	22,20(22) года	α (1,9⋅10⁻⁶%)	²⁰⁶Hg	0+	следовые количества^{[прим. 11]}
^210mPb		1278(5) кэВ			201(17) нс			8+
²¹¹Pb	Актиний B	82	129	210,9887370(29)	36,1(2) мин	β⁻	²¹¹Bi	9/2+	следовые количества^{[прим. 12]}
²¹²Pb	Торий B	82	130	211,9918975(24)	10,64(1) ч	β⁻	²¹²Bi	0+	следовые количества^{[прим. 13]}
^212mPb		1335(10) кэВ			6,0(0,8) мкс	ИП	²¹²Pb	(8+)
²¹³Pb		82	131	212,996581(8)	10,2(3) мин	β⁻	²¹³Bi	(9/2+)
²¹⁴Pb	Радий B	82	132	213,9998054(26)	26,8(9) мин	β⁻	²¹⁴Bi	0+	следовые количества^{[прим. 11]}
^214mPb		1420(20) кэВ			6,2(0,3) мкс	ИП	²¹²Pb	8+#
²¹⁵Pb		82	133	215,004660(60)	2,34(0,19) мин	β⁻	²¹⁵Bi	9/2+#
²¹⁶Pb		82	134	216,008030(210)#	1,65(0,2) мин	β⁻	²¹⁶Bi	0+
^216mPb		1514(20) кэВ			400(40) нс	ИП	²¹⁶Pb	8+#
²¹⁷Pb		82	135	217,013140(320)#	20(5) с	β⁻	²¹⁷Bi	9/2+#
²¹⁸Pb		82	136	218,016590(320)#	15(7) с	β⁻	²¹⁸Bi	0+

[П 1]
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-204: M_Pb204 = 203,973 042 09(18) а.е.м.^[7]
[П 2]
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ²⁰⁰Hg.
[П 3]
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-205: M_Pb205 = 204,974 480 26(13) а.е.м.^[7]
[П 4]
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-206: M_Pb206 = 205,974 463 79(12) а.е.м.^[7]
[П 5]
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ²⁰²Hg.
[П 6]
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-207: M_Pb207 = 206,975 895 39(6) а.е.м.^[7]
[П 7]
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ²⁰³Hg.
[П 8]
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность на два порядка: M_Pb208 = 207,976 650 571(14) а.е.м.^[7]
[П 9]
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ²⁰⁴Hg.
[П 10]
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-210: M_Pb210 = 209,984 187 0(10) а.е.м.^[7]
[П 11]
Промежуточный продукт распада урана-238
[П 12]
Промежуточный продукт распада урана-235
[П 13]
Промежуточный продукт распада тория-232

Пояснения к таблице

Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.

Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.

Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.

Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.

Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

Remove ads

Примечания

Loading content...

Loading related searches...

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Remove ads