Изотопы свинца

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Изото́пы свинца́ — разновидности химического элемента свинца, имеющие разное количество нейтронов в ядре.


Природные изотопы свинца[править | править код]

Свинец — последний элемент в периодической таблице, у которого существуют стабильные изотопы. Элементы после свинца стабильных изотопов не имеют. Природный свинец состоит из 4 стабильных изотопов: 204Pb (атомная доля 1,4 ± 0,6 %), 206Pb (24,1 ± 3,0 %), 207Pb (22,1 ± 5,0 %), 208Pb (52,4 ± 7,0 %)[1]. Большие разбросы в указанных величинах характеризуют не погрешность измерений, а действительно существующий разброс изотопных соотношений в природных образцах ввиду возникновения в некоторых из них радиогенных ядер 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 206Pbрад 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 208Pbрад. 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 существуют 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 использующиеся 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.


Применение[править | править код]

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.

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.

208Pb обладает низким сечением захвата нейтронов, что делает этот изотоп перспективным теплоносителем для ядерных реакторов.

Таблица изотопов свинца[править | править код]

Символ
нуклида
Z (p) N (n) Масса изотопа[4]
(а. е. м.)
Период
полураспада
[5]
(T1/2)
Спин и чётность
ядра[5] (J π)
Энергия возбуждения
178Pb 82 96 178,003830 230 мкс 0+
179Pb 82 97 179,00215 3 мс 5/2-
180Pb 82 98 179,997918 4,5 мс 0+
181Pb 82 99 180,99662 45 мс 5/2-
182Pb 82 100 181,992672 60 мс 0+
183Pb 82 101 182,99187 535 мс 3/2-
183mPb 94 кэВ 415 мс 13/2+
184Pb 82 102 183,988142 490 мс 0+
185Pb 82 103 184,987610 6,3 с 3/2-
185mPb 60 кэВ 4,07 с 13/2+
186Pb 82 104 185,984239 4,82 с 0+
187Pb 82 105 186,983918 15,2 с 3/2-
187mPb 11 кэВ 18,3 с 13/2+
188Pb 82 106 187,980874 25,5 с 0+
188m1Pb 2,5782 МэВ 830 нс 8-
188m2Pb 2,80 МэВ 797 нс
189Pb 82 107 188,98081 51 с 3/2-
189mPb 40 кэВ 1 мин 13/2+
190Pb 82 108 189,978082 71 с 0+
190m1Pb 2,6148 МэВ 150 нс 10+
190m2Pb 2,618 МэВ 25 мкс 12+
190m3Pb 2,6582 МэВ 7,2 мкс 11-
191Pb 82 109 190,97827 1,33 мин 3/2-
191mPb 20 кэВ 2,18 мин 13/2+
192Pb 82 110 191,975785 3,5 мин 0+
192m1Pb 2,5811 МэВ 164 нс 10+
192m2Pb 2,6251 МэВ 1,1 мкс 12+
192m3Pb 2,7435 МэВ 756 нс 11-
193Pb 82 111 192,97617 5 мин 3/2-
193m1Pb 130 кэВ 5,8 мин 13/2+
193m2Pb 2,6125 МэВ 135 нс 33/2+
194Pb 82 112 193,974012 12,0 мин 0+
195Pb 82 113 194,974542 15 мин 3/2-
195m1Pb 202,9 кэВ 15,0 мин 13/2+
195m2Pb 1,7590 МэВ 10,0 мкс 21/2-
196Pb 82 114 195,972774 37 мин 0+
196m1Pb 1,04920 МэВ 100 нс 2+
196m2Pb 1,73827 МэВ 1 мкс 4+
196m3Pb 1,79751 МэВ 140 нс 5-
196m4Pb 2,6935 МэВ 270 нс 12+
197Pb 82 115 196,973431 8,1 мин 3/2-
197m1Pb 319,31 кэВ 42,9 мин 13/2+
197m2Pb 1,91410 МэВ 1,15 мкс 21/2-
198Pb 82 116 197,972034 2,4 ч 0+
198m1Pb 2,1414 МэВ 4,19 мкс 7-
198m2Pb 2,2314 МэВ 137 нс 9-
198m3Pb 2,8205 МэВ 212 нс 12+
199Pb 82 117 198,972917 90 мин 3/2-
199m1Pb 429,5 кэВ 12,2 мин 13/2+
199m2Pb 2,5638 МэВ 10,1 мкс 29/2-
200Pb 82 118 199,971827 21,5 ч 0+
201Pb 82 119 200,972885 9,33 ч 5/2-
201m1Pb 629,14 кэВ 61 с 13/2+
201m2Pb 2,7185 МэВ 508 нс 29/2-
202Pb 82 120 201,972159 52,5 тыс. лет 0+
202m1Pb 2,16983 МэВ 3,53 ч 9-
202m2Pb 4,1429 МэВ 110 нс 16+
202m3Pb 5,3459 МэВ 107 нс 19-
203Pb 82 121 202,973391 51,873 ч 5/2-
203m1Pb 825,20 кэВ 6,21 с 13/2+
203m2Pb 2,94947 МэВ 480 мс 29/2-
203m3Pb 2,9234 МэВ 122 нс 25/2-
204Pb 82 122 203,9730436 стабилен 0+
204m1Pb 1,27400 МэВ 265 нс 4+
204m2Pb 2,18579 МэВ 67,2 мин 9-
204m3Pb 2,26433 МэВ 450 нс 7-
205Pb 82 123 204,9744818 15,3 млн лет 5/2-
205m1Pb 2,329 кэВ 24,2 мкс 1/2-
205m2Pb 1,013839 МэВ 5,55 мс 13/2+
205m3Pb 3,1957 МэВ 217 нс 25/2-
206Pb 82 124 205,9744653 стабилен 0+
206m1Pb 2,20014 МэВ 125 мкс 7-
206m2Pb 4,0273 МэВ 202 нс 12+
207Pb 82 125 206,9758969 стабилен 1/2-
207mPb 1,633368 МэВ 806 мс 13/2+
208Pb 82 126 207,9766521 стабилен 0+
208mPb 4,895 МэВ 500 нс 10+
209Pb 82 127 208,9810901 3,253 ч 9/2+
210Pb 82 128 209,9841885 22,20 года 0+
210mPb 1,278 МэВ 201 нс 8+
211Pb 82 129 210,9887370 36,1 мин 9/2+
212Pb 82 130 211,9918975 10,64 ч 0+
212mPb 1,335 МэВ 5 мкс 8+
213Pb 82 131 212,996581 10,2 мин 9/2+
214Pb 82 132 213,9998054 26,8 мин 0+
215Pb 82 133 215,00481 36 с 5/2+
216Pb 82 134 > 300 нс
217Pb 82 135 > 300 нс
218Pb 82 136 > 300 нс
219Pb 82 137 > 300 нс
220Pb 82 138 > 300 нс

Примечания[править | править код]

  1. Meija J. et al. Isotopic compositions of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 293—306. — DOI:10.1515/pac-2015-0503.
  2. 1 2 Войткевич Г. В., Мирошников А. Е., Поваренных А. С., Прохоров В. Г. Краткий справочник по геохимии. — М.: Недра, 1970.
  3. Способ получения радионуклида висмут-212
  4. Данные приведены по Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode2003NuPhA.729..337A.
  5. 1 2 Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode2003NuPhA.729....3A.