氮的同位素

同位素

原子量:14.0067(2))共有17個同位素,其中有2個是穩定的。

主要的氮同位素
同位素 衰變
丰度 半衰期 (t1/2) 類型 產物
13N 9.965 min ε 13C
14N 99.6% 穩定
15N 0.4% 穩定
標準原子質量英语Standard atomic weight (Ar, 標準)
  • [14.0064314.00728][1]
  • 傳統: 14.007
←C6 O8

圖表编辑

符號 Z(p N(n 同位素質量(u 半衰期 衰變
方式
[2]
衰變
產物
[n 1]
原子核
自旋
相對豐度
莫耳分率)
相對豐度的變化量
莫耳分率)
激發能量
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 2]
13
N
[n 3]
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) 穩定 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−#
24N 7 17 24.05104(43)# <52 ns n 23N
25N 7 18 25.06066(54)# <260 ns 1/2−#

備註:畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明,只是理論推測而已,而用括號括起來的代表數據不確定性。

氮-13编辑

氮-13 和氧-15 可以由伽马射线 (例如从闪电产生) 把氮-14 和氧-16的一个中子轰出去而成:

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 是两种稳定的 (非放射性) 同位素之一,占了天然氮的 99.636% 。

氮-14 是非常少见的质子和中子的个数都是奇数的核素英语Even and odd atomic nuclei#Odd proton, odd neutron (都是七个) ,而且是唯一一个成为最丰富的核素的奇-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 5,730 ± 40 年。[4]

氮-15编辑

氮-15 是一种稀有的同位素。 两种形成氮-15 的来源分别是氧-15正电子发射[5]碳-15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核磁共振波谱法英语Nitrogen-15 NMR spectroscopy)。 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。

氮-15追踪英语Nitrogen-15 tracing是研究氮循环的一个方法。


同位素列表
碳的同位素 氮的同位素 氧的同位素

註釋编辑

  1. ^ Bold for stable isotopes
  2. ^ Immediately decays into two alpha particles for a net reaction of 12N -> 34He + e+
  3. ^ 用于正电子发射计算机断层扫描

參考文獻编辑

  1. ^ Meija, Juris; 等. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Universal Nuclide Chart. nucleonica. [2015-09-09]. (原始内容存档于2017-02-19).  . 
  3. ^ Teruaki Enoto; 等. 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. 
  4. ^ Godwin, H. Half-life of radiocarbon. Nature. 1962, 195 (4845): 984. Bibcode:1962Natur.195..984G. doi:10.1038/195984a0. 
  5. ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics 64th. 1983–1984: B-234. 
  6. ^ Evaluated Nuclear Data File (ENDF) Retrieval & Plotting. National Nuclear Data Center. [2020-08-09]. (原始内容存档于2020-08-09).