Изотопы железа - NiNa.Az

Изото́пы желе́за — разновидности химического элемента железа, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы железа с массовыми числами от 45 до 72 (количество протонов в ядре железа всегда 26, нейтронов от 19 до 46) и 6 ядерных изомеров.

Природное железо представляет собой смесь четырёх стабильных изотопов:

• ⁵⁴Fe (изотопная распространённость 5,845 %);
• ⁵⁶Fe (изотопная распространённость 91,754 %);
• ⁵⁷Fe (изотопная распространённость 2,119 %);
• ⁵⁸Fe (изотопная распространённость 0,282 %).

Из искусственных изотопов железа наиболее устойчивые ⁶⁰Fe (период полураспада 2,62 миллиона лет), ⁵⁵Fe (2,737 года), ⁵⁹Fe (44,495 суток) и ⁵²Fe (8,275 часа); остальные изотопы имеют период полураспада менее 10 минут.

Железо-55

См.также: ^[англ.]

Период полураспада 2,7 года, схема распада электронный захват (вероятность 100 %), при последующем перестроении электронной оболочки излучает характеристическое рентгеновское излучение 5,9 кэВ. Применяют в рентгеновских установках как автономный источник рентгеновского излучения. Получают облучением никеля-58 протонами в ускорителе:

${\displaystyle {\ce {^{58}Ni ->[+p,\ -\alpha] ^{55}Co -> ^{55}Fe}}}$.

Железо-56

Энергия связи в зависимости от количества нуклонов в ядре

Основная статья: Железо-56

Стабильный изотоп ⁵⁶Fe примечателен самой низкой атомной массой в пересчёте на нуклон. Это означает, что энергия связи нуклонов максимальна. Однако из-за небольшой разницы в массе протона и нейтрона самой высокой энергией связи нуклонов обладает ^[англ.].

Железо-57

Стабильный изотоп железо-57 применяется в мёссбауэровской спектроскопии.

В России получают методом центрифужного разделения изотопов с 1971 года.

Железо-59

Радиоактивный изотоп железо-59 испытывает β⁻-распад в стабильный кобальт-59, излучая бета-частицы с максимальными энергиями 0,46 и 0,27 МэВ и гамма-кванты с энергиями 1,1 и 1,3 МэВ. Период полураспада 44,5 суток.

В медицине изотоп железо-59 применяется при ранней диагностике онкологических заболеваний молочной железы у женщин. В организме здорового человека более половины железа входит в гемоглобин. Принцип действия препарата заключается в распространении биологически усвоенного железа с током крови и избирательном накоплении в клетках опухолевой ткани. Уровень накопления изотопа в органах выявляется с помощью гамма-камеры.

В России радиофармпрепарат на основе ⁵⁹Fe производит Обнинский филиал Научно-исследовательского физико-химического института имени Л. Я. Карпова.

Таблица изотопов железа

Символ нуклида	Z(p)	N(n)	Масса изотопа (а. е. м.)	Период полураспада (T1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
	Энергия возбуждения
^45Fe	26	19	45,01458(24)#	1,89(49) мс	β^+ (30%)	^45Mn	3/2+#
					2p (70%)	^43Cr
^46Fe	26	20	46,00081(38)#	9(4) мс [12(+4-3) мс]	β^+ (>99,9%)	^46Mn	0+
					β^+, p (<.1%)	^45Cr
^47Fe	26	21	46,99289(28)#	21,8(7) мс	β^+ (>99,9%)	^47Mn	7/2−#
					β^+, p (<.1%)	^46Cr
^48Fe	26	22	47,98050(8)#	44(7) мс	β^+ (96,41%)	^48Mn	0+
					β^+, p (3,59%)	^47Cr
^49Fe	26	23	48,97361(16)#	70(3) мс	β^+, p (52%)	^48Cr	(7/2−)
					β^+ (48%)	^49Mn
^50Fe	26	24	49,96299(6)	155(11) мс	β^+ (>99,9%)	^50Mn	0+
					β^+, p (<.1%)	^49Cr
^51Fe	26	25	50,956820(16)	305(5) мс	β^+	^51Mn	5/2−
^52Fe	26	26	51,948114(7)	8,275(8) ч	β^+	^52mMn	0+
^52mFe	6,81(13) МэВ			45,9(6) с	β^+	^52Mn	(12+)#
^53Fe	26	27	52,9453079(19)	8,51(2) мин	β^+	^53Mn	7/2−
^53mFe	3040,4(3) кэВ			2,526(24) мин	ИП	^53Fe	19/2−
^54Fe	26	28	53,9396090(5)	стабилен			0+	0,05845(35)	0,05837–0,05861
^54mFe	6526,9(6) кэВ			364(7) нс			10+
^55Fe	26	29	54,9382934(7)	2,737(11) лет	ЭЗ	^55Mn	3/2−
^56Fe	26	30	55,9349363(5)	стабилен			0+	0,91754(36)	0,91742–0,91760
^57Fe	26	31	56,9353928(5)	стабилен			1/2−	0,02119(10)	0,02116–0,02121
^58Fe	26	32	57,9332744(5)	стабилен			0+	0,00282(4)	0,00281–0,00282
^59Fe	26	33	58,9348755(8)	44,495(9) сут	β^−	^59Co	3/2−
^60Fe	26	34	59,934072(4)	2,6⋅10^6 лет	β^−	^60Co	0+
^61Fe	26	35	60,936745(21)	5,98(6) мин	β^−	^61Co	3/2−,5/2−
^61mFe	861(3) кэВ			250(10) нс			9/2+#
^62Fe	26	36	61,936767(16)	68(2) с	β^−	^62Co	0+
^63Fe	26	37	62,94037(18)	6,1(6) с	β^−	^63Co	(5/2)−
^64Fe	26	38	63,9412(3)	2,0(2) с	β^−	^64Co	0+
^65Fe	26	39	64,94538(26)	1,3(3) с	β^−	^65Co	1/2−#
^65mFe	364(3) кэВ			430(130) нс			(5/2−)
^66Fe	26	40	65,94678(32)	440(40) мс	β^− (>99,9%)	^66Co	0+
					β^−, n (<.1%)	^65Co
^67Fe	26	41	66,95095(45)	394(9) мс	β^− (>99,9%)	^67Co	1/2−#
					β^−, n (<.1%)	^66Co
^67mFe	367(3) кэВ			64(17) мкс			(5/2−)
^68Fe	26	42	67,95370(75)	187(6) мс	β^− (>99,9%)	^68Co	0+
					β^−, n	^67Co
^69Fe	26	43	68,95878(54)#	109(9) мс	β^− (>99,9%)	^69Co	1/2−#
					β^−, n (<.1%)	^68Co
^70Fe	26	44	69,96146(64)#	94(17) мс			0+
^71Fe	26	45	70,96672(86)#	30# мс [>300 нс]			7/2+#
^72Fe	26	46	71,96962(86)#	10# мс [>300 нс]			0+
β^+ — позитронный распад; β^- — электронный распад; p — протонный распад; n — нейтронный распад; ЭЗ — электронный захват; ИП — изомерный переход.

1. Теоретически может претерпевать двойной электронный захват в ⁵⁴Cr.

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.

• 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

1. Rugel G. et al. New Measurement of the ⁶⁰Fe Half-Life (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2009. — Vol. 103. — P. 72502. — doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502.
2. 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. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
3. Железо-55  (неопр.). Дата обращения: 24 мая 2019. Архивировано 24 мая 2019 года.
4. R. Nave. Mossbauer Effect in Iron-57  (неопр.). . Georgia State University. Дата обращения: 13 октября 2009. Архивировано 4 августа 2011 года.
5. Iron-57 (⁵⁷Fe)  (неопр.). Дата обращения: 23 декабря 2017. Архивировано 24 декабря 2017 года.
6. Iron-59 Handling Precautions  (неопр.). Дата обращения: 30 декабря 2017. Архивировано 31 декабря 2017 года.
7. Железа сульфат, ⁵⁹Fe (Ferric sulfate, ⁵⁹Fe)  (неопр.). Дата обращения: 30 декабря 2017. Архивировано 31 декабря 2017 года.
8. Железа сульфат, ⁵⁹Fe  (неопр.). Дата обращения: 30 декабря 2017. Архивировано 31 декабря 2017 года.
9. Обнинский филиал НИФХИ им. Л. Я. Карпова отмечает 50 лет со дня пуска реактора  (неопр.). Дата обращения: 15 октября 2017. Архивировано 15 октября 2017 года.
10. Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.