Изотопы свинца
Изото́пы свинца́ — разновидности химического элемента свинца с разным количеством нейтронов в ядре. Известны изотопы свинца с массовыми числами от 178 до 220 (количество протонов 82, нейтронов от 96 до 138) и 48 ядерных изомеров.
Свинец — последний элемент в периодической таблице, у которого существуют стабильные изотопы. Элементы после свинца стабильных изотопов не имеют.
Природные изотопы свинцаПравить
Природный свинец состоит из 4 стабильных изотопов:[1]
- 204Pb (изотопная распространённость 1,4 ± 0,6 %)
- 206Pb (изотопная распространённость 24,1 ± 3,0 %)
- 207Pb (изотопная распространённость 22,1 ± 5,0 %)
- 208Pb (изотопная распространённость 52,4 ± 7,0 %)
Большие разбросы изотопной распространённости вызваны не погрешностью измерений, а наблюдаемым разбросом в различных природных минералах ввиду разных цепочек радиогенного возникновения 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 в следовых количествах наблюдаются другие 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 встречающиеся 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.
ПрименениеПравить
Свинец-212Править
212Pb[3] является перспективным изотопом для терапии рака альфа-частицами. 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.
Свинец-208Править
208Pb обладает низким сечением захвата нейтронов, что делает этот изотоп пригодным в качестве теплоносителя для ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем.
Таблица изотопов свинцаПравить
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 | 17,3 млн лет[6] | 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 |
ПримечанияПравить
- ↑ 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.
- ↑ 1 2 Войткевич Г. В., Мирошников А. Е., Поваренных А. С., Прохоров В. Г. Краткий справочник по геохимии. — М.: Недра, 1970.
- ↑ Способ получения радионуклида висмут-212
- ↑ 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. — .
- ↑ 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. — .
- ↑ NuDat 2.8 . National Nuclear Data Center. Дата обращения: 7 декабря 2020.
1 H |
2 He | ||||||||||||||||
3 Li |
4 Be |
5 B |
6 C |
7 N |
8 O |
9 F |
10 Ne | ||||||||||
11 Na |
12 Mg |
13 Al |
14 Si |
15 P |
16 S |
17 Cl |
18 Ar | ||||||||||
19 K |
20 Ca |
21 Sc |
22 Ti |
23 V |
24 Cr |
25 Mn |
26 Fe |
27 Co |
28 Ni |
29 Cu |
30 Zn |
31 Ga |
32 Ge |
33 As |
34 Se |
35 Br |
36 Kr |
37 Rb |
38 Sr |
39 Y |
40 Zr |
41 Nb |
42 Mo |
43 Tc |
44 Ru |
45 Rh |
46 Pd |
47 Ag |
48 Cd |
49 In |
50 Sn |
51 Sb |
52 Te |
53 I |
54 Xe |
55 Cs |
56 Ba |
* | 72 Hf |
73 Ta |
74 W |
75 Re |
76 Os |
77 Ir |
78 Pt |
79 Au |
80 Hg |
81 Tl |
82 Pb |
83 Bi |
84 Po |
85 At |
86 Rn |
87 Fr |
88 Ra |
** | 104 Rf |
105 Db |
106 Sg |
107 Bh |
108 Hs |
109 Mt |
110 Ds |
111 Rg |
112 Cn |
113 Nh |
114 Fl |
115 Mc |
116 Lv |
117 Ts |
118 Og |
* | 57 La |
58 Ce |
59 Pr |
60 Nd |
61 Pm |
62 Sm |
63 Eu |
64 Gd |
65 Tb |
66 Dy |
67 Ho |
68 Er |
69 Tm |
70 Yb |
71 Lu |
** | 89 Ac |
90 Th |
91 Pa |
92 U |
93 Np |
94 Pu |
95 Am |
96 Cm |
97 Bk |
98 Cf |
99 Es |
100 Fm |
101 Md |
102 No |
103 Lr |