Изотопы аргона

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Изото́пы арго́на — разновидности атомовядер) химического элемента аргона, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. Аргон представлен в земной атмосфере тремя стабильными изотопами: 36Ar (0,337 %), 38Ar (0,063 %), 40Ar (99,600 %)[1][2]. Почти вся масса тяжёлого изотопа 40Ar возникла на Земле в результате радиоактивного изотопа калия 40K (содержание этого изотопа в изверженных породах в среднем составляет 3,1 г/т). Распад радиоактивного калия идёт по двум направлениям одновременно:

\mathrm{{}^{40}_{19}K} \rightarrow \mathrm{{}^{40}_{20}Ca}+ e^- + \bar{\nu}_e,

\mathrm{{}^{40}_{19}K} + e^- \rightarrow \mathrm{{}^{40}_{18}Ar}+ \nu_e + \gamma.

Первый процесс (обычный β-распад) с вероятностью 0,88 порождает стабильный изотоп 40Ca. Во втором процессе, с вероятностью 0,12 происходит К-захват, в результате чего образуется изотоп 40Ar. Один грамм природного калия, с концентрацией радиоактивного изотопа 40K 0,012 ат.%, содержащегося в горных породах или в виде растворов солей в водах, в течение года порождает приблизительно 1,03·107 атомов 40Ar. Таким образом, в минералах, содержащих калий, постепенно накапливается изотоп 40Ar, удерживаемый в кристаллических решётках, что позволяет по соотношению концентраций 40Ar/40K в минералах определить момент их кристаллизации. Этот калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии[3].

Вероятные источники происхождения изотопов 36Ar и 38Ar — неустойчивые продукты спонтанного деления тяжёлых ядер, а также реакции захвата нейтронов и альфа-частиц ядрами лёгких элементов, содержащихся в урано-ториевых минералах:

\mathrm{{}^{36}_{17}Cl} \rightarrow \mathrm{{}^{36}_{18}Ar}+ e^- + \bar{\nu}_e,

\mathrm{{}^{33}_{16}S} + \mathrm{{}^{4}_{2}He} \rightarrow \mathrm{{}^{36}_{18}Ar}+ \mathrm{{}^{1}_{0}n},

\mathrm{{}^{35}_{17}Cl}+ \mathrm{{}^{4}_{2}He} \rightarrow \mathrm{{}^{38}_{18}Ar}+ \mathrm{{}^{1}_{1}p}.

Подавляющая часть космического аргона состоит из изотопов 36Ar и 38Ar. Это вызвано тем обстоятельством, что калий распространен в космосе примерно в 50 000 раз меньше, чем аргон (на Земле калий преобладает над аргоном в 660 раз). Примечателен произведенный геохимиками подсчет: вычтя из аргона земной атмосферы радиогенный 40Ar, они получили изотопный состав, очень близкий к составу космического аргона[2].

Таблица изотопов аргона[править | править вики-текст]

Символ
нуклида
Z(p) N(n) Масса изотопа[4]
(а. е. м.)
Избыток массы[4]
(кэВ)
Период
полураспада
[5]
(T1/2)
Спин и чётность
ядра[5]
Распространённость
изотопа в природе
[5]
(%)
Энергия возбуждения (кэВ)
30Ar 18 12 30,021560(320)# 20080(300)# < 20 нс 0+
31Ar 18 13 31,012120(220)# 11290(210)# 14,4(6) мс 5/2( +#)
32Ar 18 14 31,9976380(19) −2200,2(18) 98(2) мс 0+
32Arm[5] 5600(100)# 3400(100)#  ? 5
33Ar 18 15 32,9899257(5) −9384,1(4) 173,0(20) мс 1/2+
34Ar 18 16 33,9802712(4) −18377,2(4) 845(3) мс 0+
35Ar 18 17 34,9752576(8) −23047,4(7) 1,775(4) с 3/2+
36Ar 18 18 35,967545106(29) −30231,540(27) Стабильный 0+ 0,3365(30)
37Ar 18 19 36,96677632(22) −30947,66(21) 35,04(4) дня 3/2+
38Ar 18 20 37,9627324(4) −34714,6(3) Стабильный 0+ 0,0632(5)
39Ar 18 21 38,964313(5) −33242(5) 269(3) лет 7/2
40Ar 18 22 39,9623831225(29) −35039,8960(27) Стабильный 0+ 99,6003(30)
41Ar 18 23 40,9645006(4) −33067,5(3) 109,61(4) мин 7/2
42Ar 18 24 41,963046(6) −34423(6) 32,9(11) лет 0+
43Ar 18 25 42,965636(6) −32010(5) 5,37(6) мин (5/2)
44Ar 18 26 43,9649240(17) −32673,1(16) 11,87(5) мин 0+
45Ar 18 27 44,9680400(6) −29770,6(5) 21,48(15) с (1,3,5)/2
46Ar 18 28 45,968090(40) −29720(40) 8,4(6) с 0+
47Ar 18 29 46,972190(110) −25910(100) 580(120) мс 3/2#
48Ar 18 30 47,974540(320)# −23720(300)# 500# мс 0+
49Ar 18 31 48,980520(540)# −18150(500)# 170(50) мс 3/2#
50Ar 18 32 49,984430(750)# −14500(700)# 85(30) мс 0+
51Ar 18 33 50,991630(750)# −7800(700)# 60(>200 нс)# мс 3/2#
52Ar 18 34 51,996780(970)# −3000(900)# 10# мс 0+
53Ar 18 35 53,004940(1070)# 4600(1000)# 3# мс 5/2#

Пояснения к таблице[править | править вики-текст]

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

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Фастовский В.Г., Ровинский А.Е., Петровский Ю.В. Глава первая. Открытие. Происхождение. Распространенность. Применение // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Атомиздат, 1972. — С. 3-13. — 352 с. — 2400 экз.
  2. 1 2 Финкельштейн Д.Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Наука, 1979. — С. 76-110. — 200 с. — («Наука и технический прогресс»). — 19 000 экз.
  3. Пруткина М.И., Шашкин В.Л. Справочник по радиометрической разведке и радиометрическому анализу. М.: Энергоатомиздат, 1984, 167 с. (стр. 9)
  4. 1 2 Данные приведены по G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode2003NuPhA.729..337A.
  5. 1 2 3 4 Данные приведены по G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode2003NuPhA.729....3A.