氮的同位素
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標準原子質量 (Ar, 標準) |
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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。
圖表[編輯]
符號 | Z | N | 同位素質量(u) [n 1][n 2] |
半衰期 [n 2] |
衰變 方式[2] |
衰變 產物 [n 3] |
原子核 自旋[n 1] |
相對豐度 (莫耳分率)[n 2] |
相對豐度 的變化量 (莫耳分率) |
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激發能量[n 2] | |||||||||
10N | 7 | 3 | 10.04165(43) | 200(140)×10−24 s [2.3(16) MeV] |
p | 9 C |
(2−) | ||
11N | 7 | 4 | 11.02609(5) | 590(210)×10−24 s [1.58(+75−52) MeV] |
p | 10 C |
1/2+ | ||
11mN | 740(60) keV | 6.90(80)×10−22 s | 1/2− | ||||||
12N | 7 | 5 | 12.0186132(11) | 11.000(16) ms | β+ (96.5%) | 12 C |
1+ | ||
β+, α (3.5%) | 8 Be [n 4] | ||||||||
13 N [n 5] |
7 | 6 | 13.00573861(29) | 9.965(4) min | β+ | 13 C |
1/2− | ||
14 N |
7 | 7 | 14.0030740048(6) | 穩定 | 1+ | 0.99636(20) | 0.99579–0.99654 | ||
15N | 7 | 8 | 15.0001088982(7) | 穩定 | 1/2− | 0.00364(20) | 0.00346–0.00421 | ||
16N | 7 | 9 | 16.0061017(28) | 7.13(2) s | β− (99.99%) | 16 O |
2− | ||
β−, α (.001%) | 12 C | ||||||||
17N | 7 | 10 | 17.008450(16) | 4.173(4) s | β−, n (95.0%) | 16 O |
1/2− | ||
β− (4.99%) | 17 O | ||||||||
β−, α (.0025%) | 13 C | ||||||||
18N | 7 | 11 | 18.014079(20) | 622(9) ms | β− (76.9%) | 18 O |
1− | ||
β−, α (12.2%) | 14 C | ||||||||
β−, n (10.9%) | 17 O | ||||||||
19N | 7 | 12 | 19.017029(18) | 271(8) ms | β−, n (54.6%) | 18 O |
(1/2−) | ||
β− (45.4%) | 19 O | ||||||||
20N | 7 | 13 | 20.02337(6) | 130(7) ms | β−, n (56.99%) | 19O | |||
β− (43.00%) | 20O | ||||||||
21N | 7 | 14 | 21.02711(10) | 87(6) ms | β−, n (80.0%) | 20O | 1/2−# | ||
β− (20.0%) | 21O | ||||||||
22N | 7 | 15 | 22.03439(21) | 13.9(14) ms | β− (65.0%) | 22O | |||
β−, n (35.0%) | 21O | ||||||||
23N | 7 | 16 | 23.04122(32)# | 14.5(24) ms [14.1(+12−15) ms] |
β− | 23O | 1/2−# |
- ^ 1.0 1.1 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明,僅為理論推測。
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 用括號括起來的數據代表不確定性。
- ^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
- ^ Immediately decays into two alpha particles for a net reaction of 12N -> 34He + e+
- ^ 用於正電子發射計算機斷層掃描
氮-13[編輯]
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可以由伽馬射線 (例如從閃電產生) 將氮-14和氧-16的一個中子轟出去而形成:
- 14N + γ → 13N + n
- 16O + γ → 15O + n
氮-13會衰變成碳-13,並發射一個正電子,半衰期10分鐘。這個正電子很快就和一個電子湮滅,放出兩個511 keV的光子。在一個閃電過後,這些伽馬射線照理來說可以持續10分鐘, 不過這些低能量伽馬射線只能傳播90米,所以只能探測到1分鐘。13N和15O 組成的"雲"會被風吹而漂浮。[3]
氮-14[編輯]
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是非常少見的質子和中子數都是奇數的穩定核素(都是七個),而且是唯一一個成為該元素最豐富同位素的奇-奇核素。每個質子和中子都貢獻了自旋±1/2,形成了自旋為1的氮-14核。
和所有原子序數超過3(鋰)的元素一樣,氮-14和氮-15在宇宙中的來源是恆星核合成,是碳氮氧循環中的一個必經核素。
氮-14是天然存在的放射性同位素碳-14的來源。在高層大氣中,一些宇宙射線造成涉及氮-14的核反應,形成碳-14,會衰變成氮-14,半衰期5730±40年。[4]
氮-15[編輯]
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%。兩種形成氮-15的來源分別是氧-15的正電子發射[5]和碳-15的貝塔衰變。氮-15是所有同位素中中子俘獲截面最低的核素之一。[6]
氮-15頻繁在NMR里被使用(氮-15核磁共振波譜法)。不像更常見的氮-14,具有整數自旋,因此具有四極矩,15N的自旋不是整數(3/2)。這為NMR提供了優勢,例如更窄的線寬。
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參考文獻[編輯]
- ^ Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ^ Universal Nuclide Chart. nucleonica. [2015-09-09]. (原始內容存檔於2017-02-19).
- ^ Teruaki Enoto; et al. Photonuclear reactions triggered by lightning discharge. Nature. Nov 23, 2017, 551 (7681): 481–484. Bibcode:2017Natur.551..481E. PMID 29168803. arXiv:1711.08044 . doi:10.1038/nature24630.
- ^ Godwin, H. Half-life of radiocarbon. Nature. 1962, 195 (4845): 984. Bibcode:1962Natur.195..984G. doi:10.1038/195984a0.
- ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics 64th. 1983–1984: B-234.
- ^ Evaluated Nuclear Data File (ENDF) Retrieval & Plotting. National Nuclear Data Center. [2020-08-09]. (原始內容存檔於2020-08-09).
- Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館).
- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館), Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) (retrieved Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
元素與同位素的穩定度 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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