铁的同位素
铁（原子量：55.845(2)）共有34个同位素，有四种天然同位素，其中有4个是稳定的，他们包括54
Fe
，丰度占5.845%、56
Fe
，丰度占91.754%、57
Fe
，丰度占2.119% 、58
Fe
，丰度占0.282%，其中54
Fe
在许多研究中表明可能具放射性，半衰期大于3.1×1022年，但目前尚未观测到明确的衰变现象。下面列出24种铁已知的放射性同位素半衰期等资料，也可以参考布鲁克海文国家实验室交互式核素表 （页面存档备份，存于互联网档案馆）以查阅更精确的数值。
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 标准原子质量 (Ar, 标准) |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
早期许多测量铁的同位素组成多半是著重在伴随核合成过程（也就是陨石相关研究）以及成矿分析来确定60
Fe
的变化量；然而，在过去十年中，在质谱分析技术的进步已经允许在短时间内检测和定量天然存在的铁的稳定同位素的比率。这项技术大部分已运用在地球科学和行星科学的相关研究，应用生物和工业系统也开始出现[2]。
铁-54
铁-54理论上可以经由双电子捕获衰变成铬-54，半衰期大于3.1x1022年[3]，但目前没有观测到铁-54的衰变，因此铁-54可以视为观测上稳定的同位素。
铁-56
铁-56是所有核素中，平均核子质量最低的核素，平均每个核子质量为930.412 MeV/c2[4]，相当于0.9988个原子质量单位，但并不是平均结合能最高的核素，平均结合能最高的核素是镍-62[5]。然而，根据核合成的运作细节，56
Fe
通常是极大质量恒星中核聚变链的更常见的终点，因此在宇宙中十分常见，但相对于其他金属，包括62
Ni
、58
Fe
和60
Ni
都具有非常高的结合能[6]。
铁-57
铁-60
铁-60（60
Fe
）是铁的同位素之一，其半衰期约为二百六十万年[8][9]，但在2009年之前一直被认为只有150万年的半衰期。60
Fe
会经历β−衰变衰变成钴-60。
图表
| 符号 | Z | N | 同位素质量（u）[10] [n 1][n 2] |
半衰期 [n 2] |
衰变 方式[3] |
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] | |||||||||
| 45 Fe |
26 | 19 | 45.01458(24)# | 1.89(49) ms | β+ (30%) | 45 Mn |
3/2+# | ||
| 2p (70%) | 43 Cr | ||||||||
| 46 Fe |
26 | 20 | 46.00081(38)# | 9(4) ms [12(+4-3) ms] |
β+ (>99.9%) | 46 Mn |
0+ | ||
| β+, p (<.1%) | 45 Cr | ||||||||
| 47 Fe |
26 | 21 | 46.99289(28)# | 21.8(7) ms | β+ (>99.9%) | 47 Mn |
7/2−# | ||
| β+, p (<.1%) | 46Cr | ||||||||
| 48 Fe |
26 | 22 | 47.98050(8)# | 44(7) ms | β+ (96.41%) | 48 Mn |
0+ | ||
| β+, p (3.59%) | 47 Cr | ||||||||
| 49 Fe |
26 | 23 | 48.97361(16)# | 70(3) ms | β+, p (52%) | 48 Cr |
(7/2−) | ||
| β+ (48%) | 49 Mn | ||||||||
| 50 Fe |
26 | 24 | 49.96299(6) | 155(11) ms | β+ (>99.9%) | 50 Mn |
0+ | ||
| β+, p (<.1%) | 49Cr | ||||||||
| 51 Fe |
26 | 25 | 50.956820(16) | 305(5) ms | β+ | 51 Mn |
5/2− | ||
| 52 Fe |
26 | 26 | 51.948114(7) | 8.275(8) h | β+ | 52m Mn |
0+ | ||
| 52m Fe |
6.81(13) MeV | 45.9(6) s | β+ | 52 Mn |
(12+)# | ||||
| 53 Fe |
26 | 27 | 52.9453079(19) | 8.51(2) min | β+ | 53 Mn |
7/2− | ||
| 53m Fe |
3040.4(3) keV | 2.526(24) min | IT | 53 Fe |
19/2− | ||||
| 54 Fe |
26 | 28 | 53.9396105(7) | 观测上稳定[n 4] | 0+ | 0.05845(35) | 0.05837–0.05861 | ||
| 54m Fe |
6526.9(6) keV | 364(7) ns | 54 Fe |
10+ | |||||
| 55 Fe |
26 | 29 | 54.9382934(7) | 2.737(11) y | ε | 55 Mn |
3/2− | ||
| 56 Fe [n 5] |
26 | 30 | 55.9349375(7) | 稳定 | 0+ | 0.91754(36) | 0.91742–0.91760 | ||
| 57 Fe |
26 | 31 | 56.9353940(7) | 稳定 | 1/2− | 0.02119(10) | 0.02116–0.02121 | ||
| 58 Fe |
26 | 32 | 57.9332756(8) | 稳定 | 0+ | 0.00282(4) | 0.00281–0.00282 | ||
| 59 Fe |
26 | 33 | 58.9348755(8) | 44.495(9) d | β− | 59 Co |
3/2− | ||
| 60 Fe |
26 | 34 | 59.934072(4) | 2.6×106 a | β− | 60 Co |
0+ | 痕量 | |
| 61 Fe |
26 | 35 | 60.936745(21) | 5.98(6) min | β− | 61 Co |
3/2−,5/2− | ||
| 61m Fe |
861(3) keV | 250(10) ns | 9/2+# | ||||||
| 62 Fe |
26 | 36 | 61.936767(16) | 68(2) s | β− | 62 Co |
0+ | ||
| 63 Fe |
26 | 37 | 62.94037(18) | 6.1(6) s | β− | 63 Co |
(5/2)− | ||
| 64 Fe |
26 | 38 | 63.9412(3) | 2.0(2) s | β− | 64 Co |
0+ | ||
| 65 Fe |
26 | 39 | 64.94538(26) | 1.3(3) s | β− | 65 Co |
1/2−# | ||
| 65m Fe |
364(3) keV | 430(130) ns | 65 Fe |
(5/2−) | |||||
| 66 Fe |
26 | 40 | 65.94678(32) | 440(40) ms | β− (>99.9%) | 66 Co |
0+ | ||
| β−, n (<.1%) | 65Co | ||||||||
| 67 Fe |
26 | 41 | 66.95095(45) | 394(9) ms | β− (>99.9%) | 67 Co |
1/2−# | ||
| β−, n (<.1%) | 66Co | ||||||||
| 67m Fe |
367(3) keV | 64(17) µs | (5/2−) | ||||||
| 68 Fe |
26 | 42 | 67.95370(75) | 187(6) ms | β− (>99.9%) | 68 Co |
0+ | ||
| β−, n | 67Co | ||||||||
| 69 Fe |
26 | 43 | 68.95878(54)# | 109(9) ms | β− (>99.9%) | 69 Co |
1/2−# | ||
| β−, n (<.1%) | 68Co | ||||||||
| 70 Fe |
26 | 44 | 69.96146(64)# | 94(17) ms | 0+ | ||||
| 71 Fe |
26 | 45 | 70.96672(86)# | 30# ms [>300 ns] |
7/2+# | ||||
| 72 Fe |
26 | 46 | 71.96962(86)# | 10# ms [>300 ns] |
0+ | ||||
参考文献
引用
- ^ 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.
- ^ N. Dauphas; O. Rouxel. Mass spectrometry and natural variations of iron isotopes. Mass Spectrometry Reviews. 2006, 25 (4): 515–550. PMID 16463281. doi:10.1002/mas.20078.
- ^ 3.0 3.1 Universal Nuclide Chart. nucleonica. [2015-09-13]. （原始内容
存档于2017-02-19）.
- ^ J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor. Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2003, 75 (6): 683–800 [2015-09-13]. doi:10.1351/pac200375060683. （原始内容存档于2018-07-01）.
- ^ Fewell, M. P. "The atomic nuclide with the highest mean binding energy" （页面存档备份，存于互联网档案馆）. American Journal of Physics 63 (7): 653-58. Accessed: 2011-03-22. (Archived by WebCite® at)
- ^ Bautista, Manuel A.; Pradhan, Anil K. Iron and Nickel Abundances in H~II Regions and Supernova Remnants. Bulletin of the American Astronomical Society. 1995, 27: 865. Bibcode:1995AAS...186.3707B.
- ^ R. Nave. Mossbauer Effect in Iron-57. HyperPhysics. Georgia State University. [2009-10-13]. （原始内容存档于2011-08-04）.
- ^ Rugel, G.; Faestermann, T.; Knie, K.; Korschinek, G.; Poutivtsev, M.; Schumann, D.; Kivel, N.; Günther-Leopold, I.; Weinreich, R.; Wohlmuther, M. New Measurement of the 60Fe Half-Life. Physical Review Letters. 2009, 103 (7): 72502. Bibcode:2009PhRvL.103g2502R. doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502.
- ^ Eisen mit langem Atem. [2015-09-13]. （原始内容存档于2018-02-03）.
- ^ Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation 互联网档案馆的存档，存档日期2008-09-23. by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
来源
- 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.
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