鐵的同位素
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 標準原子質量 (Ar, 標準) |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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鐵（原子量：55.845(2)）共有34個同位素，有四種天然同位素，其中有4個是穩定的，他們包括54
Fe
，豐度佔5.845%、56
Fe
，豐度佔91.754%、57
Fe
，豐度佔2.119% 、58
Fe
，豐度佔0.282%，其中54
Fe
在許多研究中表明可能具放射性，半衰期大於3.1×1022年，但目前尚未觀測到明確的衰變現象。下面列出24種鐵已知的放射性同位素半衰期等資料，也可以參考布魯克海文國家實驗室交互式核素表 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）以查閱更精確的數值。
早期許多測量鐵的同位素組成多半是着重在伴隨核合成過程（也就是隕石相關研究）以及成礦分析來確定60
Fe
的變化量；然而，在過去十年中，在質譜分析技術的進步已經允許在短時間內檢測和定量天然存在的鐵的穩定同位素的比率。這項技術大部分已運用在地球科學和行星科學的相關研究，應用生物和工業系統也開始出現[2]。
鐵-54
[編輯]鐵-54理論上可以經由雙電子捕獲衰變成鉻-54，半衰期大於3.1x1022年[3]，但目前沒有觀測到鐵-54的衰變，因此鐵-54可以視為觀測上穩定的同位素。
鐵-56
[編輯]鐵-56是所有核素中，平均核子質量最低的核素，平均每個核子質量為930.412 MeV/c2[4]，相當於0.9988個原子質量單位，但並不是平均結合能最高的核素，平均結合能最高的核素是鎳-62[5]。然而，根據核合成的運作細節，56
Fe
通常是極大質量恆星中核聚變鏈的更常見的終點，因此在宇宙中十分常見，但相對於其他金屬，包括62
Ni
、58
Fe
和60
Ni
都具有非常高的結合能[6]。
鐵-57
[編輯]由於鐵-57有低自然變化的躍遷能量14.4KeV，因此被廣泛應用於穆斯堡爾譜和相關的核共振振動光譜中[7]。
鐵-60
[編輯]鐵-60（60
Fe
）是鐵的同位素之一，其半衰期約為二百六十萬年[8][9]，但在2009年之前一直被認為只有150萬年的半衰期。60
Fe
會經歷β−衰變衰變成鈷-60。
圖表
[編輯]| 符號 | Z | N | 同位素質量（u）[10] [n 1][n 2] |
半衰期 [n 2] |
衰變 方式[3] |
衰變 產物 [n 3] |
原子核 自旋[n 1] |
相對豐度 （莫耳分率）[n 2] |
相對豐度 的變化量 （莫耳分率） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 激發能量[n 2] | |||||||||
| 45 Fe |
26 | 19 | 45.01458(24)# | 1.89(49) ms | β+ (30%) | 45 Mn |
3/2+# | ||
| 2p (70%) | 43 Cr | ||||||||
| 46 Fe |
26 | 20 | 46.00081(38)# | 9(4) ms [12(+4-3) ms] |
β+ (>99.9%) | 46 Mn |
0+ | ||
| β+, p (<.1%) | 45 Cr | ||||||||
| 47 Fe |
26 | 21 | 46.99289(28)# | 21.8(7) ms | β+ (>99.9%) | 47 Mn |
7/2−# | ||
| β+, p (<.1%) | 46Cr | ||||||||
| 48 Fe |
26 | 22 | 47.98050(8)# | 44(7) ms | β+ (96.41%) | 48 Mn |
0+ | ||
| β+, p (3.59%) | 47 Cr | ||||||||
| 49 Fe |
26 | 23 | 48.97361(16)# | 70(3) ms | β+, p (52%) | 48 Cr |
(7/2−) | ||
| β+ (48%) | 49 Mn | ||||||||
| 50 Fe |
26 | 24 | 49.96299(6) | 155(11) ms | β+ (>99.9%) | 50 Mn |
0+ | ||
| β+, p (<.1%) | 49Cr | ||||||||
| 51 Fe |
26 | 25 | 50.956820(16) | 305(5) ms | β+ | 51 Mn |
5/2− | ||
| 52 Fe |
26 | 26 | 51.948114(7) | 8.275(8) h | β+ | 52m Mn |
0+ | ||
| 52m Fe |
6.81(13) MeV | 45.9(6) s | β+ | 52 Mn |
(12+)# | ||||
| 53 Fe |
26 | 27 | 52.9453079(19) | 8.51(2) min | β+ | 53 Mn |
7/2− | ||
| 53m Fe |
3040.4(3) keV | 2.526(24) min | IT | 53 Fe |
19/2− | ||||
| 54 Fe |
26 | 28 | 53.9396105(7) | 觀測上穩定[n 4] | 0+ | 0.05845(35) | 0.05837–0.05861 | ||
| 54m Fe |
6526.9(6) keV | 364(7) ns | 54 Fe |
10+ | |||||
| 55 Fe |
26 | 29 | 54.9382934(7) | 2.737(11) y | ε | 55 Mn |
3/2− | ||
| 56 Fe [n 5] |
26 | 30 | 55.9349375(7) | 穩定 | 0+ | 0.91754(36) | 0.91742–0.91760 | ||
| 57 Fe |
26 | 31 | 56.9353940(7) | 穩定 | 1/2− | 0.02119(10) | 0.02116–0.02121 | ||
| 58 Fe |
26 | 32 | 57.9332756(8) | 穩定 | 0+ | 0.00282(4) | 0.00281–0.00282 | ||
| 59 Fe |
26 | 33 | 58.9348755(8) | 44.495(9) d | β− | 59 Co |
3/2− | ||
| 60 Fe |
26 | 34 | 59.934072(4) | 2.6×106 a | β− | 60 Co |
0+ | 痕量 | |
| 61 Fe |
26 | 35 | 60.936745(21) | 5.98(6) min | β− | 61 Co |
3/2−,5/2− | ||
| 61m Fe |
861(3) keV | 250(10) ns | 9/2+# | ||||||
| 62 Fe |
26 | 36 | 61.936767(16) | 68(2) s | β− | 62 Co |
0+ | ||
| 63 Fe |
26 | 37 | 62.94037(18) | 6.1(6) s | β− | 63 Co |
(5/2)− | ||
| 64 Fe |
26 | 38 | 63.9412(3) | 2.0(2) s | β− | 64 Co |
0+ | ||
| 65 Fe |
26 | 39 | 64.94538(26) | 1.3(3) s | β− | 65 Co |
1/2−# | ||
| 65m Fe |
364(3) keV | 430(130) ns | 65 Fe |
(5/2−) | |||||
| 66 Fe |
26 | 40 | 65.94678(32) | 440(40) ms | β− (>99.9%) | 66 Co |
0+ | ||
| β−, n (<.1%) | 65Co | ||||||||
| 67 Fe |
26 | 41 | 66.95095(45) | 394(9) ms | β− (>99.9%) | 67 Co |
1/2−# | ||
| β−, n (<.1%) | 66Co | ||||||||
| 67m Fe |
367(3) keV | 64(17) µs | (5/2−) | ||||||
| 68 Fe |
26 | 42 | 67.95370(75) | 187(6) ms | β− (>99.9%) | 68 Co |
0+ | ||
| β−, n | 67Co | ||||||||
| 69 Fe |
26 | 43 | 68.95878(54)# | 109(9) ms | β− (>99.9%) | 69 Co |
1/2−# | ||
| β−, n (<.1%) | 68Co | ||||||||
| 70 Fe |
26 | 44 | 69.96146(64)# | 94(17) ms | 0+ | ||||
| 71 Fe |
26 | 45 | 70.96672(86)# | 30# ms [>300 ns] |
7/2+# | ||||
| 72 Fe |
26 | 46 | 71.96962(86)# | 10# ms [>300 ns] |
0+ | ||||
- ^ 1.0 1.1 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 用括號括起來的數據代表不確定性。
- ^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
- ^ 據信，54
Fe
經由β+β+衰變成54
Cr
的半衰期超過3.1×1022a。 - ^ 所有核素中，平均重子質量最低的核素，即核合成的終點。
參考文獻
[編輯]引用
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- ^ N. Dauphas; O. Rouxel. Mass spectrometry and natural variations of iron isotopes. Mass Spectrometry Reviews. 2006, 25 (4): 515–550. PMID 16463281. doi:10.1002/mas.20078.
- ^ 3.0 3.1 Universal Nuclide Chart. nucleonica. [2015-09-13]. （原始內容
存檔於2017-02-19）.
- ^ J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor. Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2003, 75 (6): 683–800 [2015-09-13]. doi:10.1351/pac200375060683. （原始內容存檔於2018-07-01）.
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- ^ Eisen mit langem Atem. [2015-09-13]. （原始內容存檔於2018-02-03）.
- ^ Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2008-09-23. by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
來源
[編輯]- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.
- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） (retrieved Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
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