Izotopi željeza

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Vrijeme poluraspada radioaktivnih izotopa ili radionuklida. Treba zapaziti da se teoretska linija za stabilne isotope Z = N (Z – atomski broj i N - broj neutrona), razdvaja od stvarnog odnosa atomskog broja i neutrona, što znači da se s povećanjem atomskog broja, povećava i nestabilnost atomskih jezgri.
Željezo-57 se često koristi u Mössbauerovoj spektroskopiji.

Izotopi željeza koji se javljaju u prirodi su četiri: željezo-54 (5,9%), željezo-56 (91,72%), željezo-57 (2,1%) i željezo-58 (0,28%), a ostali su radioaktivni s kratkim vremenom poluraspada, osim izotopa željezo-60 (t1/2 = 3 x 105 godina). Izotop željezo-56 poznat je kao nuklid s najstabilnijom jezgrom, jer ima najveću nuklearnu energiju vezanja.

Nukleosinteza zvijezda[uredi VE | uredi]

Danas je općenito prihvaćeno da zvijezde nastaju gravitacijskim sažimanjem međuzvjezdanih oblaka plina i prašine, pri čemu se gravitacijska energija pretvara u toplinu, koja se dijelom oslobađa u obliku elektromagnetskog zračenja. U početnoj fazi razvoja zvijezde su vrlo nestabilne. Kada se temperatura i gustoća plina u jezgri zvijezde dovoljno povećaju, započinju termonuklearne reakcije - fuzija vodika u helij. Oslobođena energija zaustavlja daljnje sažimanje zvijezde (tlak plina i zračenja uravnoteže gravitacijsku silu). Zvijezda postaje stabilna i dolazi na glavni niz, gdje će proboraviti najveći dio svog aktivnog života. Kada zvijezda istroši vodik iz svoje jezgre, jezgra se, uslijed gravitacije, opet počinje sažimati. Ukoliko se sažimanjem razvije dovoljna temperatura, započinje novi ciklus termonuklearnih reakcija: nuklearna fuzija helija u ugljik. Ponovno dolazi do ravnoteže. Zvijezda dolazi u fazu crvenog diva. Kada istroši helij može se nastaviti sličan scenarij: daljnje sažimanje jezgre i fuzija ugljika u teže elemente, sve do željeza, koje ima najveću nuklearnu energiju vezanja. U ovim procesima bitnu ulogu igra masa zvijezde. O njoj ovisi kolika će se temperatura razviti u jezgri zvijezde. [1]

Nukleosinteza u jezgri zvijezde završava stvaranjem željeza. Teži elementi od željeza nastaju u kataklizmičkim procesima kao što je eksplozija supernove. Samo zvijezde velikih masa, u konačnici svojeg razvoja mogu, postati supernove.

Željezo-54[uredi VE | uredi]

Željezo-54 je stabilan izotop željeza, iako postoji teorija da on nastaje radioaktivnim raspadom kroma-54, koji ima vrijeme poluraspada 3,1 x 1022, a raspad nastaje kao dvostruki elektronski uhvat (2β+).

Željezo-56[uredi VE | uredi]

Željezo-56 je stabilan izotop željeza, s najmanjom masom po nukleonu (930,412 MeV/c2), iako nema i najveću nuklearnu energiju vezanja (nikal-62). Ipak, zbog same prirode nukleosinteze zvijezda, željezo-56 postoji u većoj količini u svemiru od izotopa koji imaju veću nuklearnu energiju vezanja: nikal-62, željezo-58 i nikal-60. [2]

Željezo-57[uredi VE | uredi]

Željezo-57 je stabilan izotop željeza, koji se često koristi u Mössbauerovoj spektroskopiji zbog malih promjena energije nuklearnih pretvorbi (14,4 keV). [3]

Željezo-60[uredi VE | uredi]

Željezo-60 je radioaktivni izotop željeza, s vremenom poluraspada 2,6 milijuna godina (do 2009. se smatralo da je vrijeme poluraspada 1,5 milijuna godina). Nastaje beta raspadom kobalta-60. Kod ispitivanja meteorita Semarkona i Chervony Kut, prema odnosu koncentracija izotopa željezo-60 i nikla-60, došlo se do zaključka da je izotop željezo-60 bio prisutan u vrijeme postanka Sunčevog sustava. Pretpostavlja se da je energija koja se oslobađala kod radioaktivnog raspada željeza-60 i aluminija-26 doprinijela stvaranju asteroida prije oko 4,6 milijarde godina.

Popis izotopa željeza[uredi VE | uredi]

Nuklidi
simbol
Z(p) N(n)  
masa izotopa (u)
 
Vrijeme poluraspada Način radioaktivnog
raspada[4][n 1]
Krajnji
izotop(i)[n 2]
Nuklearni
spin
Primjer
udjela
izotopa
(molni udio)
Udio u
prirodi
(molni udio)
Energija pobude
45Fe 26 19 45,01458(24)# 1,89(49) ms
β+ (30%) 45Mn 3/2+#
2p (70%) 43Cr
46Fe 26 20 46,00081(38)# 9(4) ms
[12(+4-3) ms]
β+ (>99,9%) 46Mn 0+
β+, p (<.1%) 45Cr
47Fe 26 21 46.99289(28)# 21,8(7) ms β+ (>99,9%) 47Mn 7/2-#
β+, p (<.1%) 46Cr
48Fe 26 22 47,98050(8)# 44(7) ms β+ (96,41%) 48Mn 0+
β+, p (3,59%) 47Cr
49Fe 26 23 48,97361(16)# 70(3) ms β+, p (52%) 48Cr (7/2-)
β+ (48%) 49Mn
50Fe 26 24 49,96299(6) 155(11) ms β+ (>99,9%) 50Mn 0+
β+, p (<.1%) 49Cr
51Fe 26 25 50,956820(16) 305(5) ms β+ 51Mn 5/2-
52Fe 26 26 51,948114(7) 8.275(8) h β+ 52Mn 0+
52mFe 6,81(13) MeV 45,9(6) s β+ 52Mn (12+)#
53Fe 26 27 52,9453079(19) 8,51(2) min β+ 53Mn 7/2-
53mFe 3040,4(3) keV 2,526(24) min IT 53Fe 19/2-
54Fe 26 28 53,9396105(7) Stabilan[n 3] 0+ 0,05845(35) 0,05837-0.05861
54mFe 6526,9(6) keV 364(7) ns 10+
55Fe 26 29 54,9382934(7) 2,737(11) godina EC 55Mn 3/2-
56Fe[n 4] 26 30 55,9349375(7) Stabilan 0+ 0,91754(36) 0,91742-0.91760
57Fe 26 31 56,9353940(7) Stabilan 1/2- 0,02119(10) 0,02116-0,02121
58Fe 26 32 57,9332756(8) Stabilan 0+ 0,00282(4) 0,00281-0,00282
59Fe 26 33 58,9348755(8) 44,495(9) dana β- 59Co 3/2-
60Fe 26 34 59,934072(4) 2,6×106 godina β- 60Co 0+ U tragovima
61Fe 26 35 60,936745(21) 5,98(6) minuta β- 61Co 3/2-,5/2-
61mFe 861(3) keV 250(10) ns 9/2+#
62Fe 26 36 61,936767(16) 68(2) s β- 62Co 0+
63Fe 26 37 62,94037(18) 6,1(6) s β- 63Co (5/2)-
64Fe 26 38 63,9412(3) 2,0(2) s β- 64Co 0+
65Fe 26 39 64,94538(26) 1,3(3) s β- 65Co 1/2-#
65mFe 364(3) keV 430(130) ns (5/2-)
66Fe 26 40 65,94678(32) 440(40) ms β- (>99,9%) 66Co 0+
β-, neutronska emisija (<0,1%) 65Co
67Fe 26 41 66,95095(45) 394(9) ms β- (>99,9%) 67Co 1/2-#
β-, n (<.1%) 66Co
67mFe 367(3) keV 64(17) µs (5/2-)
68Fe 26 42 67,95370(75) 187(6) ms β- (>99,9%) 68Co 0+
β-, n 67Co
69Fe 26 43 68,95878(54)# 109(9) ms β- (>99,9%) 69Co 1/2-#
β-, n (<0,1%) 68Co
70Fe 26 44 69,96146(64)# 94(17) ms 0+
71Fe 26 45 70,96672(86)# 30# ms
[>300 ns]
7/2+#
72Fe 26 46 71,96962(86)# 10# ms
[>300 ns]
0+
  1. Kratice:
    EC: Elektronski uhvat
    IT: Izomerička tranzicija
  2. Podebljano je za stabilne izotope
  3. Vjeruje se da ostvaruje radioaktivni raspad β+β+ u 54Cr s vremenom poluraspada preko 3,1×1022 godina
  4. Najmanja atomska masa po nukleonu od svid nuklida; Krajnji element zvijezdane nukleosinteze

Bilješke:

  • Vrijednosti označene s # nisu u potpunosti dobivene iz eksperimentalnih podataka, ali teže tim vrijednostima. Spinovi sa slabom raspodjelom su zatvoreni u okrugle zagrade.
  • Zadnje vrijednosti brojeva koji odražavaju neizvjesnost se nalaze u okruglim zagradama. Vrijednosti neizvjesnosti označuju standardno odstupanje, osim udjela izotopa i relativnih atomskih masa, koje prema IUPAC-u imaju još manju neizvjesnost.

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. [1] "ŽELJEZO, Fe", www.pse.pbf.hr, 2011.
  2. Fewell M. P.: "The atomic nuclide with the highest mean binding energy", American Journal of Physics, [2] 2011.
  3. R. Nave: "Mossbauer Effect in Iron-57", [3], publisher=Georgia State University, 2009.
  4. http://www.nucleonica.net/unc.aspx