Nuclides

• 1 Properties of stable isotopes
• 2 Study of stable isotopes
• 3 Definition of stability, and natural isotopic presence
• 4 Research areas
• 5 Stable isotope fractionation
• 6 Isotopes per element
  • 6.1 “Magic numbers” and odd and even proton and neutron count
  • 6.2 Nuclear isomers, including a “stable” one
• 7 Primordial radioactive and naturally occurring non-primordial isotopes
• 8 Still-unobserved decay
• 9 Summary table for numbers of each class of nuclides
• 10 List of observationally-stable isotopes
• 11 See also
• 12 References
• 13 Book references
• 14 External links

Properties of stable isotopes

Stabiilien isotooppien ominaisuuksia

Different isotopes of the same element (whether stable or unstable) have nearly the same chemical characteristics and therefore behave almost identically in biology (a notable exception is the isotopes of hydrogen—see heavy water).

Saman alkuaineen eri isotoopeilla oli ne sitten stabiileita tai epävakaita on lähes samanlaiset kemialliset luonteenpiirteet ja biologisesti identtinen käyttäytyminen. (Tästäkin on huomattava poikkeus ja tämä on vety ja vedyn isotoopit kuten raskasvety)

The mass differences, due to a difference in the number of neutrons, will result in partial separation of the light isotopes from the heavy isotopes during chemical reactions and during physical processes such as diffusion and vaporization.

Saman aineen eri isotooppien massojen erot neutroniluvun (n)  erilaisuuksien takia johtavat  keveitten ja raskaampien isotooppien  erottumisiin toisistaan kemiallisissa ja fysikaalisissa prosesseissa kuten diffuusiossa ja kaasuuntumisessa.

This process is called isotope fractionation. For example, the difference in mass between the two stable isotopes of hydrogen, ¹H (1 proton, no neutron, also known as protium) and ²H (1 proton, 1 neutron, also known as deuterium) is almost 100%. Therefore, a significant fractionation will occur.

Tällaista prosessia sanotaan isotooppien fraktioimiseksi. Onhan esimerkiksi  vedyn isotooppien protiumin  ja deuteriumin massojen ero  miltei 100%:inen.  Sen takia tapahtuu merkitseva fraktioituminen.

H, hydrogenum, vetyatomi. 1 H, protium, sisältää yhden protonin. 2 H, deuterium , sisältää yhden protonin (p)  ja yhden neutronin (n). Protoni ja neutroni ovat atomin  sisällä olevia partikkeleita. Protonilla on varaus +. Neutronilla ei ole sähköistä varausta.

Study of stable isotopes

Stabiilien isotooppien tutkimuksesta

Commonly analysed stable isotopes include oxygen, carbon, nitrogen, hydrogen and sulfur. These isotope systems have been under investigation for many years in order to study processes of isotope fractionation in natural systems because they are relatively simple to measure. Recent advances in mass spectrometry (i.e. multiple-collector inductively coupled plasma mass spectrometry) now enable the measurement of heavier stable isotopes, such as iron, copper, zinc, molybdenum, etc.

Seuraavia tavallisia  stabiileja isotooppeja  on paljon  tutkittu:  O, Oxygenum, joka on happi; C, Carbonum, joka on hiili; N, Nitrogenum, joka on typpi; H, vety ja S, Sulfurum, joka on rikki. Näitä on helpompi mitata kuin muita ja niitä onkin tutkittu  fraktioitumisilmiön suhteen luonnon systeemeissä. Massaspektrometria-menetelmällä on nykyään voitu myös tutkia raskaampien isotooppien  ominaisuuksia: Fe, Ferrum eli rauta; Cu, Cuprum eli kupari; Zn, Zinconum eli sinkki; Mo, Molybdenum eli molybdeeni.

Stable isotopes have been used in botanical and plant biological investigations for many years, and more and more ecological and biological studies are finding stable isotopes (mostly carbon, nitrogen and oxygen) to be extremely useful. Other workers have used oxygen isotopes to reconstruct historical atmospheric temperatures, making them important tools for climate research. Measurements of ratios of one naturally occurring stable isotope to another play an important role in radiometric dating and isotope geochemistry, and also helpful for determining patterns of rainfall and movements of elements through living organisms, helping sort out food web dynamics in ecosystems.

Kasvitutkimuksissa on käytetty jo vuosien ajan stabiileja isotooppeja ja niitten  suuri  hyödyllisyys ekologisissa ja biologisissa tutkimuksissa  on yhä enemmän käynyt ilmeiseksi ( Lähinnä on kyse hiilestä, C, typestä, N ja hapesta, O).  Eräät ovat konstruoineet  happi-isotooppien avulla  historiallisia seikkoja ilmakehän lämpötiloista, joten  tällaiset ovat tärkeitä välineitä ilmastotutkimuksissa.  Radiometrisin ja isotooppigeokemiallisin  tutkimuksin voidaan päätellä aikoja luonnossa esiintyvien stabiilien isotooppien suhteista toisiinsa. Voidaan  määritellä sadetyyppejä   ja alkuaineitten liikettä elävissä organismeissa;  ekosysteemeissä voidaan saada kartoitettua ravintoketjun dynamiikkaa.

Definition of stability, and natural isotopic presence

Stabiliteetin määritelmä ja  luonnon isotoopit

Most naturally occurring nuclides are stable (about 255; see list at the end of this article); and about 33 more (total of 288) are known radioactives with sufficiently long half-lives (also known) to occur “primordially.”

Useimmat luonnossa esiintyvät nuklidit ovat stabiileja ja niitä on noin 255 ja tämän artikkelin lopussa löytyy Wikipedian lista niistä.  Lisäksi tunnetaan vielä 33  radioaktiivista, joilla on alun alkujaan ollut riittävän pitkä puoliintumisaika.

If the half-life of a nuclide is comparable to, or greater than, the Earth’s age (4.5 billion years), a significant amount will have survived since the formation of the Solar System, and then is said to be primordial. It will then contribute in that way to the natural isotopic composition of a chemical element.

Jos nuklidin puoliintumisaika on yhtä pitkä tai pidempi  kuin Maan ikä  (n 4.5 biljoonaa vuotta), niin   merkitsevä määrä sellaista nuklidia    on pysynyt olemassa Aurinkokuntamme  muodostumisesta alkaen ja sen takia sellaista nuklidia  voi sanoa primordiaaliseksi, alusta asti olleksi.  Sellaisessa tapauksessa nuklidi voi antaa osansa kyseessä olevan kemiallisen alkuaineen  luonnollisten isotooppien  koostumaan.

Primordially present radioisotopes are easily detected with half-lives as short as 700 million years (e.g., ²³⁵U), although some primordial isotopes have been detected with half lives as short as 80 million years (e.g., ²⁴⁴Pu). However, this is the present limit of detection, as the nuclide with the next-shortest half life (niobium-92 with half life 34.7 million years) has not been yet been detected in nature.

Alunalkujaan  olemassa ollut radioisotooppi on helposti havaittavissa puoliintumisajasta  noin 700 miljoonaa  vuotta kuten Uraani -235. Kutienkin  on havaittu sellaisiakin primordiaalisia alkuaineita, joiden puoliintumisaika on niinkin lyhyt kuin 80 miljoonaa vuotta, esim Plutonium- 244.  Mutta   tämä on nykyinen havaitsemisen  raja, koska puoliintumisajaltaan  seuraavaksi lyhintä (34.7 miljoonaa vuotta)  nuklidia Niobium-92 ei ole vielä löydetty luonnosta.

Many naturally-occurring radioisotopes (another 51 or so, for a total of about 339) exhibit still shorter half-lives than 80 million years, but they are made freshly, as daughter products of decay processes of primordial nuclides (for example, radium from uranium) or from ongoing energetic reactions, such as cosmogenic nuclides produced by present bombardment of Earth by cosmic rays (for example, carbon-14 made from nitrogen).

Moni luonnollinen radioisotooppi ( toiset 51  totaalimäärästä 339) osoittaa vielä lyhyempää puoliintumisaikaa kuin 80 miljoonaa vuotta, mutta ne ovat   jokseenkin äskettäin   muodostuneita   primordiaalisten nuklidien  hajotessa  tytärtuotteisiinsa  (esim  uraanista on  tullut  radiumia);   niitä voi muodostua käynnissä olevissa energeettisissä prosesseissa kuten kosmogeenisiä nuklideja;   kun  kosmiset säteet kohdistuvat Maahan, esim hiiltä C-14 tulee typestä N.

Many isotopes that are classed as stable (i.e. no radioactivity has been observed for them) are predicted to have extremely long half-lives (sometimes as high as 10¹⁸ years or more). If the predicted half-life falls into an experimentally accessible range, such isotopes have a chance to move from the list of stable nuclides to the radioactive category, once their activity is observed. Good examples are bismuth-209 and tungsten-180 which were formerly classed as stable, but have been recently (2003) found to be alpha-active. However, such nuclides do not change their status as primordial when they are found to be radioactive.

Monilla  isotoopeilla,  joita on pidetty stabiileina, koska niissä ei ole havaittu radioaktiivisuutta, saattaa olla erittäin pitkät puoliintumisajat  kuten 10 potenssiin 18 tai enemmän ( Siis yli  1 000 000 000 000 000 000  vuotta). Jos tällainen oletettu puoliintumisaika sattuu sopiviin aikaraameihin, sellainen nuklidi voidaan siirtää stabiilien listalta radioaktiivisten listaan heti,  kun aktiivisuus on havaittu.  Hyvä esimerkki on vismutti- 209  ja tungsten  -180, joita ennen pidettiin stabiileina, mutta vuonna 2003 havaittiin niiden antavan alfa-aktiivisuutta.  Sellaiset nuklidit eivät kuitenkaan muuta  statustaan primordiaalisena,sem jälkeen  kun  niiden on havaittu olevan radioaktiivisia.

Most stable isotopes in the earth are believed to have been formed in processes of nucleosynthesis, either in the ‘Big Bang‘, or in generations of stars that preceded the formation of the solar system. However, some stable isotopes also show abundance variations in the earth as a result of decay from long-lived radioactive nuclides. These decay-products are termed radiogenic isotopes, in order to distinguish them from the much larger group of ‘non-radiogenic’ isotopes.

Useimpien maailman stabiilien isotooppien uskotaan muodostuneen nukleosynteesillä joko Big bangin yhteydessä tai tähtien kehittyessä  ennen aurinkokunnan muodostumista. Kuitenkin eräillä stabiileilla isotoopeilla on myös runsaasti  variaatioita  Maassa johtuen pitkäaikaisesta radioaktiivisten nuklidien hajoamisesta. Näitä hajoamistuotteita sanotaan radiogeenisiksi  isotoopeiksi, jotta ne voidaan ryhmittää erikseen  paljon suuremmasta ei-radiogeenisten isotooppien ryhmästä.