Изотопы кальция

Изотопы кальция ( 20Ca )​ 
Основные изотопы [1]Разлагаться
избытокпериод полураспада ( t 1/2 )режимпродукт
40 Са96.9%стабильный
41 Саслед9,94 × 10 4  летε41 К
42 Са0,647%стабильный
43 Са0,135%стабильный
44 Са2.09%стабильный
45 Сасинт163 дβ −45 СБН
46 Са0,004%стабильный
47 Сасинт4,5 дн.β −47 сбн
48 Са0,187%6,4 × 10 19  летβ − β −48 Ти
Стандартный атомный вес A r °(Ca)

Кальций ( 20Ca ) имеет 26 известных изотопов, от 35Ca до 60Ca . Существует пять стабильных изотопов ( 40Ca , 42Ca , 43Ca , 44Ca и 46Ca ), а также один изотоп ( 48Ca ) с таким длительным периодом полураспада , что он является стабильным для всех практических целей. Самый распространенный изотоп, 40Ca , а также редкий 46Ca , теоретически нестабильны по энергетическим причинам, но их распад не наблюдался. У кальция также есть космогенный изотоп , 41Ca , с периодом полураспада 99 400 лет. В отличие от космогенных изотопов , которые производятся в воздухе , 41Ca производится путем нейтронной активации 40Ca . Большая часть его производства находится в верхнем метровом слое почвенной колонны, где космогенный поток нейтронов все еще достаточно силен . 41 Ca привлек большое внимание в звездных исследованиях, поскольку он распадается до 41 K, критического индикатора аномалий солнечной системы. Наиболее стабильными искусственными изотопами являются 45 Ca с периодом полураспада 163 дня и 47 Ca с периодом полураспада 4,5 дня. Все остальные изотопы кальция имеют периоды полураспада в несколько минут или меньше. [4]

Стабильный 40Ca составляет около 97% природного кальция и в основном создается путем нуклеосинтеза в крупных звездах. Однако, подобно 40Ar , некоторые атомы 40Ca являются радиогенными, созданными в результате радиоактивного распада 40K . Хотя датирование K–Ar широко использовалось в геологических науках, распространенность 40Ca в природе изначально препятствовала распространению датирования K–Ca в ранних исследованиях, и только несколько исследований были проведены в 20 веке. Однако современные методы, использующие все более точные методы термической ионизации ( TIMS ) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с несколькими коллекторами и столкновительными ячейками ( CC-MC-ICP-MS ), использовались для успешного датирования возраста K–Ca , [5] [6] , а также для определения потерь K из нижней континентальной коры [7] и для отслеживания источников вкладов кальция из различных геологических резервуаров [8] [9], аналогично Rb-Sr .

Стабильные изотопные вариации кальция (чаще всего 44 Ca/ 40 Ca или 44 Ca/ 42 Ca, обозначаемые как «δ 44 Ca» и «δ 44/42 Ca» в дельта-обозначении) также широко используются в естественных науках для ряда приложений, начиная от раннего определения остеопороза [10] до количественной оценки временных шкал вулканических извержений . [11] Другие приложения включают: количественную оценку эффективности связывания углерода в местах инъекций CO 2 [12] и понимание закисления океана , [13] исследование как повсеместных, так и редких магматических процессов, таких как образование гранитов [14] и карбонатитов , [15] отслеживание современных и древних трофических сетей, в том числе у динозавров, [16] [17] [18] оценка практики отлучения от груди у древних людей, [19] и множество других новых приложений.

Список изотопов


Нуклид
ЗНИзотопная масса ( Да ) [20] [n 1]
Период полураспада [1]
[n 2]
Режим распада [1]
[n 3]		Дочерний
изотоп
[n 4]		Спин и
четность [1]
[n 5] [n 6]		Природная распространенность (мольная доля)
Нормальная пропорция [1]Диапазон вариаций
35 Са201535.00557(22)#25,7(2) мсβ + , р (95,8%)34 Ар1/2+#
β + , 2п (4,2%)33 Кл
β + (редко)35 К
36 Са201635.993074(43)100,9(13) мсβ + , р (51,2%)35 Ар0+
β + (48,8%)36 К
37 Са201736.98589785(68)181.0(9) мсβ + , р (76,8%)36 Ар3/2+
β + (23,2%)37 К
38 Са201837.97631922(21)443.70(25) мсβ +38 К0+
39 Са201938.97071081(64)860,3(8) мсβ +39 К3/2+
40 Ca [н 7]202039.962590850(22)Наблюдаемо стабильный [n 8]0+0,9694(16)0,96933–0,96947
41 Са202140.96227791(15)9,94(15)×10 4 летЕС41 К7/2−След [н 9]
42 Са202241.95861778(16)Стабильный0+0,00647(23)0,00646–0,00648
43 Са202342.95876638(24)Стабильный7/2−0,00135(10)0,00135–0,00135
44 Са202443.95548149(35)Стабильный0+0,0209(11)0,02082–0,02092
45 Са202544.95618627(39)162.61(9) дβ −45 СБН7/2−
46 Са202645.9536877(24)Наблюдаемо стабильный [n 10]0+4× 10−54×10 −5 –4×10 −5
47 Са202746.9545411(24)4.536(3) дβ −47 сбн7/2−
48 Ca [н 11] [н 12]202847.952522654(18)5,6(10)×10 19  летβ − β − ​​[н 13] [н 14]48 Ти0+0,00187(21)0,00186–0,00188
49 Са202948.95566263(19)8.718(6) минβ −49 сбн3/2−
50 Са203049.9574992(17)13.45(5) сβ −50 СБН0+
51 Са203150.96099566(56)10.0(8) сβ −51 СБН3/2−
β − , н ?50 СБН
52 Са203251.96321365(72)4.6(3) сβ − (>98%)52 СБН0+
β − , н (<2%)51 СБН
53 Са203352.968451(47)461(90) мсβ − (60%)53 СБН1/2−#
β − , н (40%)52 СБН
54 Са203453.972989(52)90(6) мсβ −54 СБН0+
β − , н?53 СБН
β − , 2n?52 СБН
55 Са203554.97998(17)22(2) мсβ −55 СБН5/2−#
β − , н?54 СБН
β − , 2n?53 СБН
56 Са203655.98550(27)11(2) мсβ −56 СБН0+
β − , н?55 СБН
β − , 2n?54 СБН
57 Са203756.99296(43)#8# мс [>620 нс]β − ?57 СБН5/2−#
β − , н?56 СБН
β − , 2n?55 СБН
58 Са203857.99836(54)#4# мс [>620 нс]β − ?58 сбн0+
β − , н?57 СБН
β − , 2n?56 СБН
59 Са203959.00624(64)#5# мс [>400 нс]β − ?59 СБН5/2−#
β − , н?58 сбн
β − , 2n?57 СБН
60 Са204060.01181(75)#2# мс [>400 нс]β − ?60 сбн0+
β − , н?59 СБН
β − , 2n?58 сбн
Заголовок и нижний колонтитул этой таблицы:
  1. ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  2. ^ Жирным шрифтом выделен период полураспада  – почти стабильный, период полураспада дольше возраста Вселенной .
  3. ^ Способы распада:
    ЕС:Захват электронов


    н:Нейтронное излучение
    р:Эмиссия протонов
  4. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  5. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  6. ^ # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  7. ^ Самый тяжелый наблюдаемо стабильный нуклид с равным числом протонов и нейтронов.
  8. ^ Предполагается, что он подвергается двойному захвату электронов до 40 Ar с периодом полураспада не менее 9,9×10 21 лет.
  9. ^ Космогенный нуклид
  10. ^ Считается, что он претерпевает β − β − ​​распад до 46 Ti
  11. ^ Первичный радионуклид
  12. ^ Считается, что он способен подвергаться тройному бета-распаду с очень длительным частичным периодом полураспада.
  13. ^ Самый легкий из известных нуклидов, претерпевающий двойной бета-распад
  14. ^ Теоретически предполагается, что он также подвергается β - распаду до 48 Sc с частичным периодом полураспада, превышающим 1,1+0,8
    −0,6    ×10 21 год [21]

Кальций-48

Около 2 г кальция-48

Кальций-48 — дважды магическое ядро ​​с 28 нейтронами; необычно богатое нейтронами для легкого первичного ядра. Он распадается посредством двойного бета-распада с чрезвычайно долгим периодом полураспада около 6,4×10 19  лет, хотя теоретически возможен и одиночный бета-распад. [22] Этот распад можно проанализировать с помощью модели ядерной оболочки sd , и он более энергичен (4,27  МэВ ), чем любой другой двойной бета-распад. [23] Его также можно использовать в качестве предшественника для богатых нейтронами и сверхтяжелых ядер. [24] [25]

Кальций-60

Кальций-60 является самым тяжелым известным изотопом по состоянию на 2020 год [обновлять]. [1] Впервые обнаруженный в 2018 году в Райкене вместе с 59 Ca и семью изотопами других элементов, [26] его существование предполагает, что существуют дополнительные четные изотопы кальция N по крайней мере до 70 Ca, в то время как 59 Ca , вероятно, является последним связанным изотопом с нечетным N. [27] Более ранние прогнозы предполагали, что нейтронная граница перехода будет находиться на уровне 60 Ca, с несвязанным 59 Ca. [26]

В области, богатой нейтронами, N = 40 становится магическим числом , поэтому 60 Ca на раннем этапе рассматривался как возможное дважды магическое ядро, как это наблюдается для изотона 68 Ni . [28] [29] Однако последующие спектроскопические измерения близлежащих нуклидов 56 Ca, 58 Ca и 62 Ti вместо этого предсказывают, что он должен лежать на острове инверсии, который, как известно, существует вокруг 64 Cr. [29] [30]

Ссылки

  1. ^ abcdef Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "Оценка ядерных свойств NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ "Стандартные атомные веса: Кальций". CIAAW . 1983.
  3. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  4. ^ Audi, G.; Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S. (2017). "Оценка ядерных свойств с помощью NUBASE2016" (PDF) . Chinese Physics C. 41 ( 3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A. doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  5. ^ Маршалл, Б.Д.; ДеПаоло, диджей (1 декабря 1982 г.). «Точные определения возраста и петрогенетические исследования методом KCa». Geochimica et Cosmochimica Acta . 46 (12): 2537–2545. дои : 10.1016/0016-7037(82)90376-3. ISSN  0016-7037.
  6. ^ admin. "Датирование K-Ca и изотопный состав Ca древнейшей лавы Солнечной системы, Erg Chech 002 | Geochemical Perspectives Letters" . Получено 16.10.2024 .
  7. ^ admin. "Радиогенные изотопы Ca подтверждают постформационное истощение K в нижней коре | Geochemical Perspectives Letters" . Получено 2024-10-16 .
  8. ^ Антонелли, Майкл А.; ДеПаоло, Дональд Дж.; Кристенсен, Джон Н.; Вотцлав, Йорн-Фредерик; Пестер, Николас Дж.; Бахманн, Оливье (16.09.2021). «Радиогенный 40 Ca в морской воде: последствия для современных и древних циклов Ca». ACS Earth and Space Chemistry . 5 (9): 2481–2492. doi :10.1021/acsearthspacechem.1c00179. ISSN  2472-3452.
  9. ^ Дэвенпорт, Джесси; Каро, Гийом; Франс-Ланор, Кристиан (2022-12-01). «Разделение физической и химической эрозии в Гималаях, выявленное с помощью радиогенных изотопов Ca». Geochimica et Cosmochimica Acta . 338 : 199–219. doi :10.1016/j.gca.2022.10.031. ISSN  0016-7037.
  10. ^ Эйзенхауэр, А.; Мюллер, М.; Хойзер, А.; Колевица, А.; Глюэр, К. -К.; Оба, М.; Лауэ, К.; Хен, У. ф.; Клот, С.; Шрофф, Р.; Шрезенмейр, Дж. (2019-06-01). "Соотношения изотопов кальция в крови и моче: новый биомаркер для диагностики остеопороза". Bone Reports . 10 : 100200. doi :10.1016/j.bonr.2019.100200. ISSN  2352-1872. PMC 6453776. PMID 30997369  . 
  11. ^ Антонелли, Майкл А.; Миттал, Тушар; Маккарти, Андерс; Триполи, Барбара; Уоткинс, Джеймс М.; ДеПаоло, Дональд Дж. (2019-10-08). «Изотопы Ca регистрируют быстрый рост кристаллов в вулканических и субвулканических системах». Труды Национальной академии наук . 116 (41): 20315–20321. doi : 10.1073/pnas.1908921116 . ISSN  0027-8424. PMC 6789932. PMID 31548431  . 
  12. ^ Погге фон Страндманн, Филип А.Э.; Бертон, Кевин В.; Снабьёрнсдоттир, Сандра О.; Сигфуссон, Бергур; Арадоттир, Эдда С.; Гуннарссон, Ингви; Альфредссон, Хельги А.; Месфин, Кифлом Г.; Олкерс, Эрик Х.; Гисласон, Сигурдур Р. (30 апреля 2019 г.). «Быстрая минерализация CO2 в кальцит на складе CarbFix, количественная оценка с использованием изотопов кальция». Природные коммуникации . 10 (1): 1983. doi : 10.1038/s41467-019-10003-8. ISSN  2041-1723. ПМК 6491611 . PMID  31040283. 
  13. ^ Фантл, Мэтью С.; Риджвелл, Энди (2020-08-05). «К пониманию изотопного сигнала Ca, связанного с закислением океана и выбросами щелочности в записях горных пород». Химическая геология . 547 : 119672. doi : 10.1016/j.chemgeo.2020.119672. ISSN  0009-2541.
  14. ^ Антонелли, Майкл А.; Якимчук, Крис; Шойбле, Эдвин А.; Фоден, Джон; Яноушек, Войтех; Мойен, Жан-Франсуа; Хоффманн, Ян; Муанье, Фредерик; Бахманн, Оливье (2023-04-15). "Петрогенез гранита и δ44Ca континентальной коры". Earth and Planetary Science Letters . 608 : 118080. doi : 10.1016/j.epsl.2023.118080. ISSN  0012-821X.
  15. ^ admin. "Фракционирование изотопов кальция при несмешиваемости расплавов и петрогенезисе карбонатитов | Geochemical Perspectives Letters" . Получено 16.10.2024 .
  16. ^ Скулан, Джозеф; ДеПаоло, Дональд Дж.; Оуэнс, Томас Л. (1 июня 1997 г.). «Биологический контроль содержания изотопов кальция в глобальном цикле кальция». Geochimica et Cosmochimica Acta . 61 (12): 2505–2510. дои : 10.1016/S0016-7037(97)00047-1. ISSN  0016-7037.
  17. ^ admin. "Стабильные изотопы кальция помещают девонские конодонты в качестве потребителей первого уровня | Geochemical Perspectives Letters" . Получено 16.10.2024 .
  18. ^ Хасслер, А.; Мартин, Дж. Э.; Амио, Р.; Такайль, Т.; Годе, Ф. Арно; Аллен, Р.; Балтер, В. (2018-04-11). «Изотопы кальция дают подсказки о разделении ресурсов среди хищных динозавров мелового периода». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 285 (1876): 20180197. doi :10.1098/rspb.2018.0197. ISSN  0962-8452. PMC 5904318. PMID 29643213  . 
  19. ^ Tacail, Théo; Thivichon-Prince, Béatrice; Martin, Jeremy E.; Charles, Cyril; Viriot, Laurent; Balter, Vincent (2017-06-13). «Оценка практики отлучения от груди у человека с помощью изотопов кальция в зубной эмали». Труды Национальной академии наук . 114 (24): 6268–6273. doi : 10.1073/pnas.1704412114 . ISSN  0027-8424. PMC 5474782. PMID 28559355  . 
  20. ^ Ван, Мэн; Хуан, ВДж; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Chinese Physics C. 45 ( 3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  21. ^ Aunola, M.; Suhonen, J.; Siiskonen, T. (1999). "Исследование на основе оболочечной модели строго запрещенного бета-распада 48 Ca → 48 Sc". EPL . 46 (5): 577. Bibcode :1999EL.....46..577A. doi :10.1209/epl/i1999-00301-2. S2CID  250836275.
  22. ^ Арнольд, Р. и др. ( Сотрудничество NEMO-3 ) (2016). «Измерение периода полураспада двойного бета-распада и поиск безнейтринного двойного бета-распада 48 Ca с помощью детектора NEMO-3». Physical Review D. 93 ( 11): 112008. arXiv : 1604.01710 . Bibcode : 2016PhRvD..93k2008A. doi : 10.1103/PhysRevD.93.112008.
  23. ^ Балыш, А.; и др. (1996). «Двойной бета-распад 48 Ca». Physical Review Letters . 77 (26): 5186–5189. arXiv : nucl-ex/9608001 . Bibcode : 1996PhRvL..77.5186B. doi : 10.1103/PhysRevLett.77.5186. PMID  10062737.
  24. ^ Нотани, М.; и др. (2002). «Новые нейтронно-богатые изотопы, 34 Ne, 37 Na и 43 Si, полученные фрагментацией пучка 48 Ca с энергией 64A МэВ». Physics Letters B. 542 ( 1–2): 49–54. Bibcode : 2002PhLB..542...49N. doi : 10.1016/S0370-2693(02)02337-7.
  25. ^ Оганесян, Ю. Ц. и др. (октябрь 2006 г.). "Синтез изотопов элементов 118 и 116 в реакциях слияния 249Cf и 245Cm + 48Ca". Physical Review C. 74 ( 4): 044602. Bibcode :2006PhRvC..74d4602O. doi : 10.1103/PhysRevC.74.044602 .
  26. ^ ab Тарасов, OB; Ан, DS; Базин, D.; и др. (11 июля 2018 г.). «Открытие 60Ca и его значение для стабильности 70Ca». Physical Review Letters . 121 (2): 022501. doi : 10.1103/PhysRevLett.121.022501 . PMID  30085743.
  27. ^ Neufcourt, Léo; Cao, Yuchen; Nazarewicz, Witold; et al. (14 февраля 2019 г.). «Нейтронная капельная линия в регионе Ca из байесовской модели усреднения». Physical Review Letters . 122 (6): 062502. arXiv : 1901.07632 . doi :10.1103/PhysRevLett.122.062502. PMID  30822058.
  28. ^ Gade, A.; Janssens, RVF; Weisshaar, D.; et al. (21 марта 2014 г.). "Структура ядра в направлении N  = 40 60 Ca: спектроскопия γ-излучения в пучке 58, 60 Ti". Physical Review Letters . 112 (11): 112503. arXiv : 1402.5944 . doi :10.1103/PhysRevLett.112.112503. PMID  24702356.
  29. ^ ab Cortés, ML; Rodriguez, W.; Doornenbal, P.; et al. (январь 2020 г.). «Эволюция оболочки изотонов N = 40 в направлении 60Ca: первая спектроскопия 62Ti». Physics Letters B . 800 : 135071. arXiv : 1912.07887 . doi : 10.1016/j.physletb.2019.135071 .
  30. ^ Чен, С.; Браун, Ф.; Доорненбал, П.; и др. (август 2023 г.). «Структуры уровней 56, 58Ca ставят под сомнение двойную магию 60Ca». Physics Letters B . 843 : 138025. arXiv : 2307.07077 . doi : 10.1016/j.physletb.2023.138025 .

Дальнейшее чтение

  • C. Michael Hogan. 2010. Кальций. ред. A. Jorgenson и C. Cleveland. Энциклопедия Земли, Национальный совет по науке и окружающей среде, Вашингтон, округ Колумбия
  • Официальный сайт Национального центра разработки изотопов [ постоянная неработающая ссылка ]
  • Данные по изотопам кальция из проекта «Изотопы лаборатории Беркли»
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Изотопы_кальция&oldid=1251985994#Кальций-42"