氮的同位素
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 标准原子质量 (Ar, 标准) |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
氮（原子量：14.0067(2)）共有17个已知同位素，质量数介于10-25之间，其中有2个是稳定的，其他都具有放射性。天然存在的氮同位素有2个，分别是14N和15N，皆为稳定同位素，其中以14N占天然氮的绝大部分，丰度为99.6%。其他放射性同位素都不出现在自然界中，只有在实验室制造出来过。
图表
[编辑]| 符号 | Z | N | 同位素质量（u） [n 1][n 2] |
半衰期 [n 2] |
衰变 方式[2] |
衰变 产物 [n 3] |
原子核 自旋[n 1] |
相对丰度 （莫耳分率）[n 2] |
相对丰度 的变化量 （莫耳分率） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 激发能量[n 2] | |||||||||
| 10N | 7 | 3 | 10.04165(43) | 200(140)×10−24 s [2.3(16) MeV] |
p | 9 C |
(2−) | ||
| 11N | 7 | 4 | 11.02609(5) | 590(210)×10−24 s [1.58( 75−52) MeV] |
p | 10 C |
1/2 | ||
| 11mN | 740(60) keV | 6.90(80)×10−22 s | 1/2− | ||||||
| 12N | 7 | 5 | 12.0186132(11) | 11.000(16) ms | β (96.5%) | 12 C |
1 | ||
| β , α (3.5%) | 8 Be [n 4] | ||||||||
| 13 N [n 5] |
7 | 6 | 13.00573861(29) | 9.965(4) min | β | 13 C |
1/2− | ||
| 14 N |
7 | 7 | 14.0030740048(6) | 稳定 | 1 | 0.99636(20) | 0.99579–0.99654 | ||
| 15N | 7 | 8 | 15.0001088982(7) | 稳定 | 1/2− | 0.00364(20) | 0.00346–0.00421 | ||
| 16N | 7 | 9 | 16.0061017(28) | 7.13(2) s | β− (99.99%) | 16 O |
2− | ||
| β−, α (.001%) | 12 C | ||||||||
| 17N | 7 | 10 | 17.008450(16) | 4.173(4) s | β−, n (95.0%) | 16 O |
1/2− | ||
| β− (4.99%) | 17 O | ||||||||
| β−, α (.0025%) | 13 C | ||||||||
| 18N | 7 | 11 | 18.014079(20) | 622(9) ms | β− (76.9%) | 18 O |
1− | ||
| β−, α (12.2%) | 14 C | ||||||||
| β−, n (10.9%) | 17 O | ||||||||
| 19N | 7 | 12 | 19.017029(18) | 271(8) ms | β−, n (54.6%) | 18 O |
(1/2−) | ||
| β− (45.4%) | 19 O | ||||||||
| 20N | 7 | 13 | 20.02337(6) | 130(7) ms | β−, n (56.99%) | 19O | |||
| β− (43.00%) | 20O | ||||||||
| 21N | 7 | 14 | 21.02711(10) | 87(6) ms | β−, n (80.0%) | 20O | 1/2−# | ||
| β− (20.0%) | 21O | ||||||||
| 22N | 7 | 15 | 22.03439(21) | 13.9(14) ms | β− (65.0%) | 22O | |||
| β−, n (35.0%) | 21O | ||||||||
| 23N | 7 | 16 | 23.04122(32)# | 14.5(24) ms [14.1( 12−15) ms] |
β− | 23O | 1/2−# | ||
- ^ 1.0 1.1 画上#号的数据代表没有经过实验的证明，仅为理论推测。
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 用括号括起来的数据代表不确定性。
- ^ 稳定的衰变产物以粗体表示。
- ^ Immediately decays into two alpha particles for a net reaction of 12N -> 34He e
- ^ 用于正电子发射计算机断层扫描
氮-13
[编辑]氮-13是氮的人造放射性同位素之一，半衰期很短，具有高度放射性。氮-13和氧-15可以由伽马射线 (例如从闪电产生) 将氮-14和氧-16的一个中子轰出去而形成：
- 14N γ → 13N n
- 16O γ → 15O n
氮-13会衰变成碳-13，并发射一个正电子，半衰期10分钟。这个正电子很快就和一个电子湮灭，放出两个511 keV的光子。在一个闪电过后，这些伽马射线照理来说可以持续10分钟， 不过这些低能量伽马射线只能传播90米，所以只能探测到1分钟。13N和15O 组成的"云"会被风吹而漂浮。[3]
氮-14
[编辑]氮-14是氮的稳定同位素之一，占了天然氮的99.636%，是最普遍的氮同位素。
氮-14是非常少见的质子和中子数都是奇数的稳定核素（都是七个），而且是唯一一个成为该元素最丰富同位素的奇-奇核素。每个质子和中子都贡献了自旋±1/2，形成了自旋为1的氮-14核。
和所有原子序数超过3（锂）的元素一样，氮-14和氮-15在宇宙中的来源是恒星核合成，是碳氮氧循环中的一个必经核素。
氮-14是天然存在的放射性同位素碳-14的来源。在高层大气中，一些宇宙射线造成涉及氮-14的核反应，形成碳-14，会衰变成氮-14，半衰期5730±40年。[4]
氮-15
[编辑]氮-15是氮的稳定同位素之一，在自然界中较为稀有，仅占天然氮的0.364%。两种形成氮-15的来源分别是氧-15的正电子发射[5]和碳-15的贝塔衰变。氮-15是所有同位素中中子俘获截面最低的核素之一。[6]
氮-15频繁在NMR里被使用（氮-15核磁共振波谱法）。不像更常见的氮-14，具有整数自旋，因此具有四极矩，15N的自旋不是整数（3/2）。这为NMR提供了优势，例如更窄的线宽。
| ← | 同位素列表 | → |
| 碳的同位素 | 氮的同位素 | 氧的同位素 |
参考文献
[编辑]- ^ Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ^ Universal Nuclide Chart
. nucleonica. [2015-09-09]. （原始内容存档于2017-02-19）.
- ^ Teruaki Enoto; et al. Photonuclear reactions triggered by lightning discharge. Nature. Nov 23, 2017, 551 (7681): 481–484. Bibcode:2017Natur.551..481E. PMID 29168803. arXiv:1711.08044
. doi:10.1038/nature24630.
- ^ Godwin, H. Half-life of radiocarbon. Nature. 1962, 195 (4845): 984. Bibcode:1962Natur.195..984G. doi:10.1038/195984a0.
- ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics 64th. 1983–1984: B-234.
- ^ Evaluated Nuclear Data File (ENDF) Retrieval & Plotting. National Nuclear Data Center. [2020-08-09]. （原始内容存档于2020-08-09）.
- Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- 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 （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （页面存档备份，存于互联网档案馆） (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.