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氮的同位素
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氮(原子量:14.0067(2))共有17個已知同位素,質量數介於10-25之間,其中有2個是穩定的,其他都具有放射性。天然存在的氮同位素有2個,分別是14N和15N,皆為穩定同位素,其中以14N占天然氮的絕大部分,豐度為99.6%。其他放射性同位素都不出現在自然界中,只有在實驗室製造出來過。
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圖表
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氮-13
氮-13是氮的人造放射性同位素之一,半衰期很短,具有高度放射性。氮-13和氧-15可以由伽马射线 (例如从闪电产生) 將氮-14和氧-16的一个中子轰出去而形成:
- 14N + γ → 13N + n
- 16O + γ → 15O + n
氮-13会衰变成碳-13,并发射一个正电子,半衰期10分钟。这个正电子很快就和一个电子湮灭,放出两个511 keV的光子。在一个闪电过后,这些伽马射线照理来说可以持续10分钟, 不过这些低能量伽马射线只能传播90米,所以只能探测到1分钟。13N和15O 组成的"云"会被风吹而漂浮。[3]
氮-14
氮-14是氮的穩定同位素之一,占了天然氮的99.636%,是最普遍的氮同位素。
氮-14是非常少见的质子和中子数都是奇数的稳定核素(都是七个),而且是唯一一个成为該元素最丰富同位素的奇-奇核素。每个质子和中子都贡献了自旋±1/2,形成了自旋为1的氮-14核。
和所有原子序数超过3(锂)的元素一样,氮-14和氮-15在宇宙中的来源是恒星核合成,是碳氮氧循环中的一个必经核素。
氮-14是天然存在的放射性同位素碳-14的来源。在高层大气中,一些宇宙射线造成涉及氮-14的核反应,形成碳-14,会衰变成氮-14,半衰期5730±40年。[4]
氮-15
氮-15是氮的穩定同位素之一,在自然界中較為稀有,僅占天然氮的0.364%。两种形成氮-15的来源分别是氧-15的正电子发射[5]和碳-15的贝塔衰变。氮-15是所有同位素中中子俘获截面最低的核素之一。[6]
氮-15频繁在NMR里被使用(氮-15核磁共振波谱法)。不像更常见的氮-14,具有整数自旋,因此具有四极矩,15N的自旋不是整数(3/2)。这为NMR提供了优势,例如更窄的线宽。
氮-15追踪是研究氮循环的一个方法。
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參考文獻
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