질소 동위 원소
Isotopes of nitrogen |
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| 표준 원자량 Ar, standard(N) | [14.00643, 14.00728] 관습: 14.007[1][2] | ||||||||||||||||||||||||||||
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천연질소(7N)는 2개의 안정적인 동위원소로 구성된다. 자연발생질소의 대다수(99.6%)는 질소-14이고, 나머지는 질소-15이다. 14개의 방사성 동위원소도 알려져 있는데, 원자 질량은 10에서 25까지이며, 하나의 핵 이성질체, N. 이 방사성 동위원소는 모두 수명이 짧으며, 반감기가 9.965분인 질소-13이 가장 오래 지속된다. 나머지는 모두 반감기가 7.15초 이하로 대부분 620밀리초 미만이다. 원자 질량 수치가 14 미만인 동위원소는 대부분 탄소 동위원소로, 질량이 15 이상인 동위원소는 산소 동위원소로 부패한다. 가장 수명이 짧은 것으로 알려진 동위원소는 질소-10으로 반감기는 약 200요토초다.
동위 원소 목록
| 뉴클리드[3] [n 1] | Z | N | 동위원소 질량 (Da)[4] [n 2][n 3] | 하프라이프 [높이 폭] | 썩다 모드 [n 4] | 딸 동위 원소 [n 5] | 스핀 앤 앤 동등성 [n 6][n 7] | 자연적 풍요 (분수) | |||||||||||
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| 흥분 에너지 | 정상비율 | 변동 범위 | |||||||||||||||||
| 10 N | 7 | 3 | 10.04165(43) | 143(36) ys | p | 9 C | 1−, 2− | ||||||||||||
| 11 N | 7 | 4 | 11.026158(5) | 585(7) ys 780(10) keV] | p | 10 C | 1/2+ | ||||||||||||
| 11m N | 740(60) keV | 690(80) ys | 1/2− | ||||||||||||||||
| 12 N | 7 | 5 | 12.0186132(11) | 11.000(16) ms | β+ (98.07%) | 12 C | 1+ | ||||||||||||
| β+, α (1.93%) | 8 있다 [n 8] | ||||||||||||||||||
| 13 N [n 9] | 7 | 6 | 13.00573861(29) | 9.965(4)분 | β+ | 13 C | 1/2− | ||||||||||||
| 14 N [n 10] | 7 | 7 | 14.00307400425(24) | 안정적 | 1+ | 0.99636(20) | 0.99579–0.99654 | ||||||||||||
| 14m N | 2312.59(1) keV | IT | 14 N | 0+ | |||||||||||||||
| 15 N | 7 | 8 | 15.0001088983(6) | 안정적 | 1/2− | 0.00364(20) | 0.00346–0.00421 | ||||||||||||
| 16 N | 7 | 9 | 16.0061019(25) | 7.13(2)초 | β− (99.99846%) | 16 O | 2− | ||||||||||||
| β−, α (.00154%) | 12 C | ||||||||||||||||||
| 16m N | 120.42(12) keV | 5.25(6)μs | IT(99.9996%) | 16 N | 0− | ||||||||||||||
| β− (0.0004%) | 16 O | ||||||||||||||||||
| 17N | 7 | 10 | 17.008449(16) | 4.204(4)초 | β−, n(95.1%) | 16 O | 1/2− | ||||||||||||
| β− (4.8975%) | 17 O | ||||||||||||||||||
| β−, α (.0025%) | 13 C | ||||||||||||||||||
| 18 N | 7 | 11 | 18.014078(20) | 619.2(19) ms | β− (80.8%) | 18 O | 1− | ||||||||||||
| β−, α (12.2%) | 14 C | ||||||||||||||||||
| β−, n(7.0%) | 17 O | ||||||||||||||||||
| 19 N | 7 | 12 | 19.017022(18) | 336(3) ms | β− (58.2%) | 19 O | 1/2− | ||||||||||||
| β−, n(41.8%) | 18 O | ||||||||||||||||||
| 20 N | 7 | 13 | 20.02337(8) | 136(3) ms | β− (57.1%) | 20 O | (2−) | ||||||||||||
| β−, n(42.9%) | 19 O | ||||||||||||||||||
| 21 N | 7 | 14 | 21.02709(14) | 85(5)ms | β−, n(87%) | 20 O | (1/2−) | ||||||||||||
| β− (13%) | 21 O | ||||||||||||||||||
| 22 N | 7 | 15 | 22.03410(22) | 23(3) ms | β− (54%) | 22 O | 0−# | ||||||||||||
| β−, n(34%) | 21 O | ||||||||||||||||||
| β−, 2n(12%) | 20 O | ||||||||||||||||||
| 23 N | 7 | 16 | 23.03942(45) | 13.9(14)ms [14.1+12-15ms ] | β− (50%) | 23 O | 1/2−# | ||||||||||||
| β−, n(42%) | 22 O | ||||||||||||||||||
| β−, 2n(8%) | 21 O | ||||||||||||||||||
| 24 N | 7 | 17 | 24.05039(43)# | <52ns. | n | 23 N | |||||||||||||
| 25 N | 7 | 18 | 25.06010(54)# | <<260ns ns> | 1/2−# | ||||||||||||||
| 표 머리글 및 바닥글: | |||||||||||||||||||
- ^ mN – 흥분된 핵 이성질체.
- ^ ( ) – 불확실성(1σ)은 해당 마지막 자리 뒤에 괄호 안에 간결한 형태로 주어진다.
- ^ # – 원자 질량 표시 #: 순수하게 실험적인 데이터에서 도출된 값과 불확실성, 적어도 부분적으로는 질량 표면(TMS)의 경향에서 도출된 값과 불확실성.
- ^ 붕괴 모드:
IT: 등축 전이 n: 중성자 방출 p: 양성자 방출 - ^ 딸로서의 굵은 기호 – 딸 제품은 안정적이다.
- ^ ( ) 스핀 값 – 취약한 할당 인수가 있는 스핀을 나타낸다.
- ^ # – #로 표시된 값은 순수하게 실험 데이터에서 도출된 것이 아니라 최소한 부분적으로 인접 핵종(TNN)의 경향에서 도출된 것이다.
- ^ N → 3 He + e의 순반응을 위해 즉시 두 개의+ 알파 입자로 분해한다.
- ^ 양전자 방출 단층 촬영에 사용
- ^ 몇 안 되는 안정적인 기형 핵 중 하나
질소-13
질소-13과 산소-15는 감마선(예: 번개로부터)이 중성자를 질소-14와 산소-16에서 떨어뜨릴 때 대기에서 생성된다.
- 14N + γ → 13N + n
- 16O + γ → 15O + n
질소-13은 양전자를 방출하면서 탄소-13까지 10분의 반감기로 분해된다. 양전자(positron)는 전자(electron)로 빠르게 전멸하여 약 511 keV의 두 개의 감마선을 생성한다. 번개 후, 이 감마선은 10분의 반감기와 함께 소멸되지만, 이러한 저에너지 감마선은 공기를 통해 평균 약 90미터밖에 가지 않기 때문에, 바람에 의해 운반되는 N과 O의 "구름"이 떠다니면서 1분 정도만 검출될 수 있다.[5]
질소-14
질소-14는 화학원소 질소의 안정(무방사성) 동위원소 2개 중 하나로 천연질소의 약 99.636%를 만든다.
질소-14는 양성자와 중성자(각각 7개)가 홀수인 극소수의 안정적인 핵종 중 하나로 원소의 대부분을 차지하는 유일한 핵종이다. 각 양성자나 중성자는 플러스 마이너스 1/2의 핵 스핀을 기여하여 핵에 1의 총 자기 스핀을 제공한다.
리튬보다 무거운 모든 원소와 마찬가지로 우주에 존재하는 질소-14와 질소-15의 원래 원천은 항성 핵합성체로, 탄소-질소-산소 사이클의 일부로 생성된다.
질소-14는 자연 발생, 방사능, 탄소-14의 근원이다. 어떤 종류의 우주 방사선은 지구의 상층 대기권에서 질소-14와 핵반응을 일으켜 탄소-14를 생성하는데, 이 탄소-14는 반감기가 5,730 ± 40년인 질소-14까지 소멸한다.[6]
질소-15
질소-15는 희귀한 안정적인 질소 동위원소다. 질소-15의 두 원천은 산소-15의[7] 양전자 방출과 탄소-15의 베타 붕괴다. 질소-15는 모든 동위원소에서 가장 낮은 열 중성자 포획 단면 중 하나이다.[8]
질소-15는 NMR(Nitrogen-15 NMR 분광법)에 자주 사용된다. 정수의 핵 스핀을 갖고 있어 4극 모멘트를 갖는 보다 풍부한 질소-14와 달리 N은 1/2의 부분 핵 스핀을 가지고 있어 선폭이 좁아지는 등 NMR에 유리하다.
질소-15 추적은 질소 주기를 연구하기 위해 사용되는 기술이다.
동위원소 서명
참조
- ^ "Standard Atomic Weights: Nitrogen". CIAAW. 2009.
- ^ Meija, Juris; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ^ 반감기, 붕괴 모드, 핵 스핀 및 동위원소 구성은 다음과 같이 소싱된다.
Kondev, F.G.; Wang, M.; Huang, W.J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. - ^ Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. (2021). "The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references*". Chinese Physics C. 45 (3): 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf.
- ^ Teruaki Enoto; et al. (Nov 23, 2017). "Photonuclear reactions triggered by lightning discharge". Nature. 551 (7681): 481–484. arXiv:1711.08044. Bibcode:2017Natur.551..481E. doi:10.1038/nature24630. PMID 29168803.
- ^ Godwin, H (1962). "Half-life of radiocarbon". Nature. 195 (4845): 984. Bibcode:1962Natur.195..984G. doi:10.1038/195984a0.
- ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics (64th ed.). 1983–1984. p. B-234.
- ^ "Evaluated Nuclear Data File (ENDF) Retrieval & Plotting". National Nuclear Data Center.
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