Изотопы аргона

Изото́пы арго́на — разновидности химического элемента аргона с разным количеством нейтронов в атомном ядре. Известны изотопы аргона с массовыми числами от 29 до 54 (количество протонов 18, нейтронов от 11 до 36) и один ядерный изомер.

Аргон в земной атмосфере состоит из трех стабильных изотопов:

Самым долгоживущим радиоизотопом является 39Ar с периодом полураспада 269 лет.

Почти весь 40Ar возник на Земле в результате распада радиоактивного изотопа 40K по схеме электронного захвата:

Один грамм природного калия, с концентрацией радиоактивного изотопа 40K 0,012 ат.% в течение года порождает приблизительно 1,03·107 атомов 40Ar. Таким образом, в минералах, содержащих калий, постепенно накапливается изотоп 40Ar, удерживаемый в кристаллических решётках, что позволяет по соотношению концентраций 40Ar/40K в минералах определить момент их кристаллизации. Этот калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии[3].

Вероятные источники происхождения изотопов 36Ar и 38Ar — неустойчивые продукты спонтанного деления тяжёлых ядер, а также реакции захвата нейтронов и альфа-частиц ядрами лёгких элементов, содержащихся в урано-ториевых минералах:

Подавляющая часть космического аргона состоит из изотопов 36Ar и 38Ar. Это вызвано тем обстоятельством, что калий распространен в космосе примерно в 50 000 раз меньше, чем аргон (на Земле калий преобладает над аргоном в 660 раз). Примечателен произведенный геохимиками подсчет: вычтя из аргона земной атмосферы радиогенный 40Ar, они получили изотопный состав, очень близкий к составу космического аргона[2].

Таблица изотопов аргона

Символ
нуклида 		Z(p) N(n) Масса изотопа[4]
(а. е. м.) 		Период
полураспада[5]
(T1/2) 		Канал распада Продукт распада Спин и чётность
ядра[5]
 Распространённость
изотопа в природе 		Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Энергия возбуждения


29Ar[6] 18 11 ~4⋅10−20 с 2p 27S
30Ar 18 12 30,02247(22) <10 пс 2p 28S 0+
31Ar 18 13 31,01216(22)# 15,1(3) мс β+, p (68,3%) 30S 5/2+
β+ (22,63%) 31Cl
β+, 2p (9,0%) 29P
β+, 3p (0,07%) 28Si
32Ar 18 14 31,9976378(19) 98(2) мс β+ (64,42%) 32Cl 0+
β+, p (35,58%) 31S
32mAr 5600(100) кэВ 5−#
33Ar 18 15 32,9899255(4) 173,0(20) мс β+ (61,3%) 33Cl 1/2+
β+, p (38,7%) 32S
34Ar 18 16 33,98027009(8) 843,8(4) мс β+ 34Cl 0+
35Ar 18 17 34,9752577(7) 1,7756(10) с β+ 35Cl 3/2+
36Ar 18 18 35,967545105(29) стабилен[n 1] 0+ 0,003336(4)
37Ar 18 19 36,96677631(22) 35,011(19) сут ЭЗ 37Cl 3/2+
38Ar 18 20 37,96273210(21) стабилен 0+ 0,000629(1)
39Ar 18 21 38,964313(5) 269(3) лет β− 39K 7/2−
40Ar< 18 22 39,9623831238(24) стабилен 0+ 0,996035(4)
41Ar 18 23 40,9645006(4) 109,61(4) мин β− 41K 7/2−
42Ar 18 24 41,963046(6) 32,9(11) года β− 42K 0+
43Ar 18 25 42,965636(6) 5,37(6) мин β− 43K 5/2(−)
44Ar 18 26 43,9649238(17) 11,87(5) мин β− 44K 0+
45Ar 18 27 44,9680397(6) 21,48(15) с β− 45K (5/27/2)−
46Ar 18 28 45,9680374(12) 8,4(6) с β− 46K 0+
47Ar 18 29 46,9727681(12) 1,23(3) с β− (99,8%) 47K (3/2−)
β−, n (0,2%) 46K
48Ar 18 30 47,97608(33) 415(15) мс β− 48K 0+
49Ar 18 31 48,98155(43)# 236(8) мс β− 49K 3/2−#
50Ar 18 32 49,98569(54)# 106(6) мс β− 50K 0+
51Ar 18 33 50,99280(64)# 60# мс [>200 нс] β− 51K 3/2−#
52Ar 18 34 51,99863(64)# 10# мс β− 52K 0+
53Ar 18 35 53,00729(75)# 3# мс β− 53K (5/2−)#
β−, n 52K
54Ar[7] 18 36 β− 54K 0+
  1. ↑ Теоретически может претерпевать двойной электронный захват в 36S

Пояснения к таблице

  • Распространённость изотопов приведена для земной атмосферы. Для других источников значения могут сильно отличаться.
  • Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.
  • Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.
  • Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.
  • Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

Примечания

  1. ↑ Фастовский В. Г., Ровинский А. Е., Петровский Ю. В. Глава первая. Открытие. Происхождение. Распространенность. Применение // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Атомиздат, 1972. — С. 3—13. — 352 с. — 2400 экз.
  2. ↑ 1 2 Финкельштейн Д. Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // [web.archive.org/web/20120905111329/publ.lib.ru/ARCHIVES/F/FINKEL'SHTEYN_David_Naumovich/_Finkel'shteyn_D.N..html Инертные газы]. — Изд. 2-е. — М.: Наука, 1979. — С. 76—110. — 200 с. — («Наука и технический прогресс»). — 19 000 экз.
  3. ↑ Пруткина М. И., Шашкин В. Л. Справочник по радиометрической разведке и радиометрическому анализу. М.: Энергоатомиздат, 1984, 167 с. (стр. 9)
  4. ↑ Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030003-1—030003-442. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
  5. ↑ 1 2 Данные приведены по Audi G., Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S. The Nubase2016 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2017. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030001-1—030001-138. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. — Bibcode: 2017ChPhC..41c0001A.Открытый доступ
  6. ↑ Mukha, I.; et al. (2018). "Deep excursion beyond the proton dripline. I. Argon and chlorine isotope chains". Physical Review C. 98 (6): 064308–1–064308–13. arXiv:1803.10951. Bibcode:2018PhRvC..98f4308M. doi:10.1103/PhysRevC.98.064308.
  7. ↑ Neufcourt, L.; Cao, Y.; Nazarewicz, W.; Olsen, E.; Viens, F. (2019). "Neutron drip line in the Ca region from Bayesian model averaging". Physical Review Letters. 122 (6): 062502–1–062502–6. arXiv:1901.07632. Bibcode:2019PhRvL.122f2502N. doi:10.1103/PhysRevLett.122.062502. PMID 30822058.