Изотопы свинца

(перенаправлено с «Радий D»)

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 (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.

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 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

ПримечанияПравить

  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.