Isótopos del nitrógeno
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| Peso atómico estándar A r °(N) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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El nitrógeno natural ( 7 N) consta de dos isótopos estables : la gran mayoría (99,6%) del nitrógeno natural es nitrógeno-14 , y el resto es nitrógeno-15 . También se conocen trece radioisótopos , con masas atómicas que van de 9 a 23, junto con tres isómeros nucleares . Todos estos radioisótopos tienen una vida corta, siendo el nitrógeno-13 el de vida más larga, con una vida media de9,965(4) min . Todos los demás tienen vidas medias inferiores a 7,15 segundos, y la mayoría de ellos son inferiores a 620 milisegundos. La mayoría de los isótopos con números de masa atómica inferiores a 14 se desintegran en isótopos de carbono , mientras que la mayoría de los isótopos con masas superiores a 15 se desintegran en isótopos de oxígeno . El isótopo conocido de vida más corta es el nitrógeno-10, con una vida media de143(36) yoctosegundos , aunque no se ha medido con exactitud la vida media del nitrógeno-9.
Lista de isótopos
| Nuclido [n.° 1] | O | norte | Masa isotópica ( Da ) [3] [n 2] [n 3] | Vida media [4] [ ancho de resonancia ] | Modo de decaimiento [4] [n 4] | Isótopo hija [n.º 5] | Giro y paridad [4] [n 6] [n 7] | Abundancia natural (fracción molar) | |||||||||||
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| Energía de excitación | Proporción normal [4] | Rango de variación | |||||||||||||||||
| 9 norte [5] | 7 | 2 | <1 como [5] | 5p [número 8] | 4 Él | ||||||||||||||
| 10 norte | 7 | 3 | 10.041 65 (43) | 143(36) años | pág. ? [n.º 9] | 9 do ? | 1−, 2− | ||||||||||||
| 11 norte | 7 | 4 | 11.026 158 (5) | 585(7) años [780,0(9,3) keV ] | pag | 10 do | 1/2+ | ||||||||||||
| 11m norte | 740(60) keV | 690(80) años | pag | 1/2− | |||||||||||||||
| 12 norte | 7 | 5 | 12.018 6132 (11) | 11.000(16)ms | β + (98,07(4)% ) | 12 do | 1+ | ||||||||||||
| β + α (1,93(4)% ) | 8 Ser [n.º 10] | ||||||||||||||||||
| 13 norte [n.º 11] | 7 | 6 | 13.005 738 61 (29) | 9.965(4) minutos | β + | 13 do | 1/2− | ||||||||||||
| 14 norte [n.º 12] | 7 | 7 | 14.003 074 004 251 (241) | Estable | 1+ | [0,995 78 ,0,996 63 ] [6] | |||||||||||||
| 14 millones norte | 2 312 .590(10) keV | ÉL | 14 norte | 0+ | |||||||||||||||
| 15 norte | 7 | 8 | 15.000 108 898 266 (625) | Estable | 1/2− | [0,003 37 ,0,004 22 ] [6] | |||||||||||||
| 16 norte | 7 | 9 | 16.006 1019 (25) | 7.13(2) s | β − (99.998 46 (5)% ) | 16 Oh | 2− | ||||||||||||
| β - α (0,001 54 (5)% ) | 12 do | ||||||||||||||||||
| 16 m norte | 120,42(12) keV | 5,25(6) μs | ÉL (99.999 611 (25)% ) | 16 norte | 0− | ||||||||||||||
| β − (0,000 389 (25)% ) | 16 Oh | ||||||||||||||||||
| 17 N | 7 | 10 | 17.008 449 (16) | 4.173(4) s | β − n (95,1(7)% ) | 16 Oh | 1/2− | ||||||||||||
| β − (4,9(7)% ) | 17 Oh | ||||||||||||||||||
| β - α (0,0025(4)% ) | 13 do | ||||||||||||||||||
| 18 norte | 7 | 11 | 18.014 078 (20) | 619,2(1,9) ms | β − (80,8(1,6)% ) | 18 Oh | 1− | ||||||||||||
| β - α (12,2(6)% ) | 14 do | ||||||||||||||||||
| β − n (7,0(1,5)% ) | 17 Oh | ||||||||||||||||||
| β − 2n ? [n 9] | 16 Oh ? | ||||||||||||||||||
| 19 norte | 7 | 12 | 19.017 022 (18) | 336(3) ms | β − (58,2(9)% ) | 19 Oh | 1/2− | ||||||||||||
| β − n (41,8(9)% ) | 18 Oh | ||||||||||||||||||
| 20 norte | 7 | 13 | 20.023 370 (80) | 136(3) ms | β − (57,1(1,4)% ) | 20 Oh | (2−) | ||||||||||||
| β − n (42,9(1,4)% ) | 19 Oh | ||||||||||||||||||
| β − 2n ? [n 9] | 18 Oh ? | ||||||||||||||||||
| 21 norte | 7 | 14 | 21.027 09 (14) | 85(5) ms | β − n (87(3)% ) | 20 Oh | (1/2−) | ||||||||||||
| β − (13(3)% ) | 21 Oh | ||||||||||||||||||
| β − 2n ? [n 9] | 19 Oh ? | ||||||||||||||||||
| 22 norte | 7 | 15 | 22.034 10 (22) | 23(3) ms | β − (54,0(4,2)% ) | 22 Oh | 0−# | ||||||||||||
| β − n (34(3)% ) | 21 Oh | ||||||||||||||||||
| β − 2n (12(3)% ) | 20 Oh | ||||||||||||||||||
| 23 norte [n.º 13] | 7 | 16 | 23.039 42 (45) | 13,9(1,4) ms | β − (>46,6(7,2)% ) | 23 Oh | 1/2−# | ||||||||||||
| β − n (42(6)% ) | 22 Oh | ||||||||||||||||||
| β − 2n (8(4)% ) | 21 Oh | ||||||||||||||||||
| β − 3n (<3,4% ) | 20 Oh | ||||||||||||||||||
| Encabezado y pie de página de esta tabla: | |||||||||||||||||||
- ^ m N – Isómero nuclear excitado .
- ^ ( ) – La incertidumbre (1 σ ) se da en forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
- ^ # – Masa atómica marcada con #: valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de tendencias de la Superficie de Masa (TMS).
- ^
Modos de descomposición:
ÉL: Transición isomérica norte: Emisión de neutrones pag: Emisión de protones - ^ Símbolo en negrita como hija: el producto hija es estable.
- ^ ( ) valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
- ^ # – Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
- ^ Se desintegra por emisión de protones a8
do
, que inmediatamente emite dos protones para formar6
Ser
, que a su vez emite dos protones para formar estable4
Él
[5] - ^ abcd El modo de desintegración mostrado está permitido energéticamente, pero no se ha observado experimentalmente que ocurra en este nucleido.
- ^ Se desintegra inmediatamente en dos partículas alfa para una reacción neta de 12 N → 3 4 He + e + .
- ^ Se utiliza en tomografía por emisión de positrones.
- ^ Uno de los pocos núcleos impar-imar estables
- ^ Isótopo de nitrógeno más pesado ligado a partículas, véase Línea de goteo nuclear
Nitrógeno-13
El nitrógeno-13 y el oxígeno-15 se producen en la atmósfera cuando los rayos gamma (por ejemplo, los de los rayos ) expulsan neutrones del nitrógeno-14 y del oxígeno-16:
- 14N +γ → 13N +n
- 16O +γ → 15O +n
El nitrógeno-13 producido como resultado se desintegra con una vida media de9,965(4) min al carbono-13, emitiendo un positrón . El positrón se aniquila rápidamente con un electrón, produciendo dos rayos gamma de aproximadamente511 keV . Después de un rayo, esta radiación gamma se apaga con una vida media de diez minutos, pero estos rayos gamma de baja energía viajan solo unos 90 metros en el aire en promedio, por lo que solo pueden detectarse durante un minuto aproximadamente mientras la "nube" de 13 N y 15 O flota, transportada por el viento. [7]
Nitrógeno-14
El nitrógeno-14 constituye aproximadamente el 99,636% del nitrógeno natural.
El nitrógeno-14 es uno de los pocos nucleidos estables con un número impar de protones y neutrones (siete cada uno) y es el único que constituye la mayoría de su elemento. Cada protón o neutrón contribuye con un espín nuclear de más o menos espín 1/2 , lo que le da al núcleo un espín magnético total de uno.
Se cree que la fuente original de nitrógeno-14 y nitrógeno-15 en el Universo es la nucleosíntesis estelar , donde se producen como parte del ciclo CNO .
El nitrógeno-14 es la fuente del carbono-14 radiactivo de origen natural . Algunos tipos de radiación cósmica provocan una reacción nuclear con el nitrógeno-14 en la atmósfera superior de la Tierra, creando carbono-14, que se desintegra nuevamente en nitrógeno-14 con una vida media de5700(30) años .
Nitrógeno-15
El nitrógeno-15 es un isótopo estable poco común del nitrógeno . Dos fuentes de nitrógeno-15 son la emisión de positrones del oxígeno-15 [8] y la desintegración beta del carbono-15 . El nitrógeno-15 presenta una de las secciones eficaces de captura de neutrones térmicos más bajas de todos los isótopos. [9]
El nitrógeno-15 se utiliza con frecuencia en RMN ( espectroscopia de RMN de nitrógeno-15 ). A diferencia del nitrógeno-14, más abundante, que tiene un espín nuclear entero y, por lo tanto, un momento cuadrupolar , el 15N tiene un espín nuclear fraccionario de la mitad, lo que ofrece ventajas para la RMN, como un ancho de línea más estrecho.
El rastreo de nitrógeno-15 es una técnica utilizada para estudiar el ciclo del nitrógeno .
Nitrógeno-16
El radioisótopo 16 N es el radionúclido dominante en el refrigerante de los reactores de agua a presión o de agua en ebullición durante el funcionamiento normal. Se produce a partir de 16 O (en agua) mediante una reacción (n,p) , en la que el átomo de 16 O captura un neutrón y expulsa un protón. Tiene una vida media corta de unos 7,1 s, [4] pero su desintegración de nuevo en 16 O produce radiación gamma de alta energía (5 a 7 MeV). [4] [10] Debido a esto, el acceso a la tubería de refrigerante primario en un reactor de agua a presión debe restringirse durante el funcionamiento a potencia del reactor . [10] Es un indicador sensible e inmediato de fugas del sistema de refrigeración primario al ciclo de vapor secundario y es el principal medio de detección de dichas fugas. [10]
Firmas isotópicas
Referencias
- ^ "Pesos atómicos estándar: nitrógeno". CIAAW . 2009.
- ^ 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 (4 de mayo de 2022). "Pesos atómicos estándar de los elementos 2021 (Informe técnico de la IUPAC)". Química pura y aplicada . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.
- ^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). "La evaluación de masa atómica AME 2020 (II). Tablas, gráficos y referencias*". Chinese Physics C . 45 (3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
- ^ abcdef Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "La evaluación NUBASE2020 de las propiedades nucleares" (PDF) . Chinese Physics C . 45 (3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
- ^ abc Cho, Adrian (25 de septiembre de 2023). "La fugaz forma del nitrógeno lleva la teoría nuclear hasta sus límites". science.org . Consultado el 27 de septiembre de 2023 .
- ^ ab "Peso atómico del nitrógeno | Comisión de abundancias isotópicas y pesos atómicos". ciaaw.org . Consultado el 26 de febrero de 2022 .
- ^ Teruaki Enoto; et al. (23 de noviembre de 2017). "Reacciones fotonucleares desencadenadas por descargas de rayos". Nature . 551 (7681): 481–484. arXiv : 1711.08044 . Bibcode :2017Natur.551..481E. doi :10.1038/nature24630. PMID 29168803. S2CID 4388159.
- ^ Manual CRC de química y física (64.ª ed.). 1983–1984. pág. B-234.
- ^ "Recuperación y representación gráfica de archivos de datos nucleares evaluados (ENDF)". Centro Nacional de Datos Nucleares.
- ^ abc Neeb, Karl Heinz (1997). Radioquímica de plantas nucleares con reactores de agua ligera. Berlín-Nueva York: Walter de Gruyter. p. 227. ISBN 978-3-11-013242-7Archivado desde el original el 5 de febrero de 2016. Consultado el 20 de diciembre de 2015 .
