В геохимията и ядрената физика, естествени изотопи или първични изотопи (наричани още естествени елементи, или първични елементи) са изотопи на химични елементи открити по Земята, съществуващи в тяхното сегашно състояние, още преди формирането на Земята. Естествените елементи са били налични в междузвездните среди преди формирането на Слънчевата система. Формирането им се е случило при Големия взрив, при нуклеосинтезa в звездите, при избухването на свръхнови, последвано от изхвърляне на голямо количество маса, както и при други космически процеси. Естествените елементи включват всички стабилни изотопи, както и някои изотопи на радиоактивни елементи с период на полуразпад по-дълъг от възрастта на Земята. Познати са 286 естествени изотопа.

Всички 253 стабилни изотопи са в категорията на естествените елементи, както и 33 радиоизотопа, които се смятат за естествени. Примери за такива радиоизотопи са: кадмий – 113Cd, 116Cd телур – 128Te, 130Te неодим – 144Nd, 150Nd самарий – 147Sm, 148Sm уран – 235U и 238U.

Тъй като възрастта на Земята е около 4,6 милиарда години, това значи, че периода на полуразпад на посочените изотопи трябва да надвишава 1,00×108 години (100 милиона години) от практически съображения. Например, за изотоп с период на полуразпад 60 милиона години, спрямо възрастта на Земята, означава че са минали 77 периода на полуразпад. В случая, от един мол на даден изотоп наличен при формирането на Земята, след 77 цикъла са останали само 4 атома.

Естествените елементи, често се срещат, като два или повече първични изотопа и затова се смята, че общият брой на естествените химични елементи е 83. Осемдесет от елементите имат поне един стабилен изотоп, а останалите три имат само радиоизотопи. Това са бисмута, тория, и урана.

Природно срещащи се нуклиди, които не са естествени Някои нестабилни изотопи, които се срещат в природата, като 14С, 3H, 239Pu не са естествени, но биват постоянно възобновявани. Това възобновяване се случва, посредством космическа радиация, или при процесите на алфа- и бета-разпад (полоний, радон, радий, нептуний и т.н.) или трансмутация на естествени елементи, като урана и тория. Всички изотопи на елементи получени по този начин, имат много по-малък период на полуразпад, от тези на естествените елементи, от които са получени.

Около 51 нуклида, които са радиоактивни и се срещат в природата, не са естествени. С тях броят на наличните изотопи в Земята е около 340.

Естествени елементи Има около 253 стабилни естествени нуклиди и 33 естествени радионуклиди, но само 80 стабилни естествени елемента (1 до 82 – от водород до олово, с изключение на елементите с номера 43 и 61 – технеций и прометий) и три радиоактивни естествени елемента – бисмут, торий и уран. Периодът на полуразпад на бисмута е толкова дълъг, че той често е смятан, като практически стабилен елемент. Неговата радиоактивност е твърде ниска, за да се смята за опасна. Броят на естествените елементи е по-малък от броя на естествените нуклиди, тъй като повечето елементи имат повече от един естествен нуклид.

Таблица на естествените радионуклиди и техните периоди на полуразпад Както вече беше споменато по-горе има 33 радионуклиди, които са естествени. Някои химични елементи, като кадмия, неодима, самария, телура и урана имат по 2 естествени нуклида. Изброените радионуклиди са подредени по големина на периода на полуразпад, т.е. тези с най-дълъг период са първи в списъка. Тези радионуклиди са почти наравно по разпространеност спрямо стабилните изотопи на изброените елементи.

За три от елементите, радионуклидът надминава разпространеността на стабилния изотоп на дадения елемент. Такива нуклиди са тези на телура, индия и рения.

№НуклидЕнергияПериод на полуразпадНачин на разпадЕнергия на разпадПериод на полуразпад спрямо възрастта на вселената254128Te8,7432612,2 × 10242 β− 2,530160 трилиона25578Kr9,0223499,2 × 1021 ЕЕ 2,846670 милиарда256136Xe8,7068052,165 × 10212 β− 2,462150 милиарда25776Ge9,0346561,8 × 10212 β− 2,039130 милиарда258130Ba8,7425741,2 × 1021 ЕЕ 2,62090 милиарда25982Se9,0175961,1 × 10202 β− 2,9958 милиарда260116Cd8,8361463,102 × 10192 β− 2,8092 милиарда26148Ca8,9924522,301 × 10192 β− 4,2742 милиарда26296Zr8,9613592,0 × 10192 β− 3,41 милиард263209Bi8,1586891,9 × 1019α 3,1371 милиард264130Te8,7665788,806 × 10182 β− 0,868600 милиона265150Nd8,5625947,905 × 10182 β− 3,367600 милиона266100Mo8,9331677,804 × 10182 β− 3,035600 милиона267151Eu8,5657595,004 × 1018α 1,9644300 милиона268180W8,3471271,801 × 1018α 2,509100 милиона26950V9,0557591,4 × 1017β+ или β− 2,205; 1,03810 милиона270113Cd8,8593727,7 × 1015β− 0,321600 000271148Sm8,6074237,005 × 1015α 1,986500 000272144Nd8,6529472,292 × 1015α 1,905200 000273186Os8,3025082,002 × 1015α 2,823100 000274174Hf8,3922872,002 × 1015α 2,497100 000275115In8,8499104,4 × 1014β− 0,49930 000276152Gd8,5628681,1 × 1014α 2,2038000277190Pt8,2677646,5 × 1011α 3,25260278147Sm8,6105931,061 × 1011α 2,3108279138La8,6983201,021 × 1011Е или β− 1,737; 1,044728087Rb9,0437184,972 × 1010β− 0,2834281187Re8,2917324,122 × 1010β− или α 0,0026; 1,6533282176Lu8,3746653,764 × 1010β− 1,1933283232Th7,9185331,406 × 1010α или СД 4,0831284238U7,8725514,471 × 109α или СД или 2 β− 4,2700,328540K8,9097071,25 × 109β− или Е или β+ 1,311; 1,505; 1,5050,09286235U7,8971987,04 × 108α или СД 4,6790,05

Пояснение на таблицата № Текущият зададен номер на нуклида. Тези числа могат да варират, тъй като от смятаните за момента стабилни изотопи се очаква, да се открие такъв, който при по-задълбочено проучване може да се окаже нестабилен, т.е. радионуклид. Такъв пример от миналото е 209Bi, който дълго време е бил смятан за стабилен изотоп, но впоследствие през 2003 г. се разбира, че е радионуклид.

Нуклид Нуклидното число представлява масовото число на съответния елемент.

Енергия Тази колона отбелязва масата на ядрото на нуклида, спрямо масата на неутроните на нуклида.

Период на полуразпад Всички дадени стойности са в години.

Начин на разпад α α разпад β− β− разпад Е електронен захват ЕЕ двоен електронен захват β+ β+ разпад СД спонтанно делене 2 β− двоен β− разпад 2 β+ двоен β+ разпад И изомерен преход П протонен разпад Н неутронен разпад

Енергия на разпада Няколко различни стойности за енергията на разпад (MeV) са дадени за различните начини на разпад. Дадените стойности следват поредността на изброяване на начина на разпад.

Период на полуразпад спрямо възрастта на вселената Дадените стойности са в пъти.

Вижте също Изотоп Радиоизотоп Радиоактивност Стабилен изотоп

Източници

Категория:Геохимия Категория:Изотопи