Interested Article - Изотопы свинца

Изото́пы свинца́ — разновидности химического элемента свинца с разным количеством нейтронов в ядре . Известны изотопы свинца с массовыми числами от 178 до 220 (количество протонов 82, нейтронов от 96 до 138) и 48 ядерных изомеров .

Свинец — последний элемент в периодической таблице, у которого существуют стабильные изотопы. Элементы после свинца стабильных изотопов не имеют. Ядра свинца имеют замкнутую протонную оболочку Z = 82 ( магическое число ), что объясняет устойчивость изотопов этого элемента; ядро ²⁰⁸ Pb является дважды магическим ( Z = 82, N = 126), это один из пяти существующих в природе дважды магических нуклидов.

Природные изотопы свинца

Природный свинец состоит из 4 стабильных изотопов:

²⁰⁴ Pb ( изотопная распространённость 1,4 ± 0,6 %)
²⁰⁶ Pb (изотопная распространённость 24,1 ± 3,0 %)
²⁰⁷ Pb (изотопная распространённость 22,1 ± 5,0 %)
²⁰⁸ Pb (изотопная распространённость 52,4 ± 7,0 %)

Большие разбросы изотопной распространённости вызваны не погрешностью измерений, а наблюдаемым разбросом в различных природных минералах ввиду разных цепочек радиогенного возникновения свинца. Изотопы ²⁰⁶ Pb, ²⁰⁷ Pb, ²⁰⁸ Pb являются радиогенными, то есть образуются в результате радиоактивного распада соответственно ²³⁸ U, ²³⁵ U и ²³² Th. Поэтому многие минералы имеют иной изотопный состав свинца вследствие накопления продуктов распада урана и тория. Изотопный состав, который приведён выше, характерен преимущественно для галенитов , в которых урана и тория практически нет, и пород, преимущественно осадочных, в которых количество урана находится в кларковых пределах. В радиоактивных минералах этот состав существенно отличается и зависит от вида радиоактивного элемента , слагающего минерал . В урановых минералах, таких как уранинит UO ₂ , настуран UO ₂ ( урановая смолка ), , в которых существенно преобладает уран , радиогенный изотоп ²⁰⁶ Pb _рад существенно преобладает над другими изотопами свинца, и его концентрации могут достигать 90 %. Например, в урановой смолке (Сан-Сильвер, Франция ) концентрация ²⁰⁶ Pb равна 92,9 %, в урановой смолке из Шинколобве (Киншаса) — 94,25 % . В ториевых минералах, например, в торите ThSiO ₄ , существенно преобладает радиогенный изотоп ²⁰⁸ Pb _рад . Так, в монаците из Казахстана концентрация ²⁰⁸ Pb равна 94,02 %, в монаците из пегматита Бекета ( Зимбабве ) — 88,8 % . Имеется комплекс минералов, например, монацит (Ce, La, Nd)[PO ₄ ], циркон ZrSiO ₄ и др., в которых в переменных соотношениях находятся уран и торий и соответственно в разных соотношениях присутствуют все или большинство изотопов свинца. Следует отметить, что в цирконах содержание нерадиогенного свинца крайне мало, что делает их удобным объектом для датирования ().

Помимо стабильных изотопов, в природе в следовых количествах наблюдаются другие радиоактивные изотопы свинца, входящие в состав радиоактивных рядов урана-238 ( ²¹⁴ Pb и ²¹⁰ Pb), урана-235 ( ²¹¹ Pb) и тория-232 ( ²¹² Pb). Эти изотопы имеют устаревшие, но ещё иногда встречающиеся исторические названия и обозначения : ²¹⁰ Pb — радий D (RaD), ²¹⁴ Pb — радий B (RaB), ²¹¹ Pb — актиний B (AcB), ²¹² Pb — торий B (ThB). Их природное содержание крайне мало, в равновесии оно соответствует содержанию родительского изотопа ряда, умноженному на отношение периодов полураспада дочернего изотопа и родоначальника ряда. Например, для свинца-212 из ряда тория это отношение равно (10,64 часа)/(1,405·10 ¹⁰ лет) ≈ 9·10 ⁻¹⁴ ; иными словами, на 11 триллионов атомов тория-232 в природном равновесии приходится лишь один атом свинца-212.

Радиоизотопы

Самыми долгоживущими радиоактивными изотопами свинца являются ²⁰⁵ Pb (период полураспада — 17,3 млн лет), ²⁰² Pb (период полураспада — 52 500 лет) и ²¹⁰ Pb (период полураспада — 22,2 года). Период полураспада остальных радиоизотопов не превышает 3 суток.

Применение

Свинец-212

²¹² Pb является перспективным изотопом для (англ.) (. Период полураспада 10 часов, конечный изотоп ²⁰⁸ Pb. Цепочка распада создает альфа- и бета-излучение. Изотоп вводится в состав фармацевтического препарата, который селективно поглощается поражёнными клетками. Альфа-частицы имеют очень небольшую длину свободного пробега в тканях, соизмеримую с размером клетки. Таким образом, разрушительное воздействие ионизирующего излучения концентрируется в поражённых тканях, а высокая разрушительная способность альфа-излучения эффективно убивает поражённые клетки .

²¹² Pb входит в цепочку распада 232 U , искусственного изотопа, получаемого путём облучения природного тория 232 Th нейтронами в реакторе. Для медицинских целей создают мобильные генераторы ²¹² Pb, из которых наработанный свинец вымывается химическим способом.

Свинец-208

²⁰⁸ Pb обладает низким сечением захвата нейтронов , что делает этот изотоп пригодным в качестве теплоносителя для ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем.

Таблица изотопов свинца

Символ нуклида	Историческое название	Z ( p )	N ( n )	Масса изотопа ( а. е. м. )	Период полураспада ( T _1/2 )	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Символ нуклида	Историческое название	Энергия возбуждения			Период полураспада ( T _1/2 )	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
¹⁷⁸ Pb		82	96	178,003830(26)	0,23(15) мс	α	¹⁷⁴ Hg	0+
¹⁷⁹ Pb		82	97	179,00215(21)#	3,9(1,1) мс	α	¹⁷⁵ Hg	(9/2−)
¹⁸⁰ Pb		82	98	179,997918(22)	4,5(11) мс	α	¹⁷⁶ Hg	0+
¹⁸¹ Pb		82	99	180,99662(10)	45(20) мс	α (98 %)	¹⁷⁷ Hg	(9/2−)
¹⁸¹ Pb		82	99	180,99662(10)	45(20) мс	β + (2 %)	¹⁸¹ Tl	(9/2−)
¹⁸² Pb		82	100	181,992672(15)	60(40) мс [55(+40−35) мс]	α (98 %)	¹⁷⁸ Hg	0+
¹⁸² Pb		82	100	181,992672(15)	60(40) мс [55(+40−35) мс]	β ⁺ (2 %)	¹⁸² Tl	0+
¹⁸³ Pb		82	101	182,99187(3)	535(30) мс	α (94 %)	¹⁷⁹ Hg	(3/2−)
¹⁸³ Pb		82	101	182,99187(3)	535(30) мс	β ⁺ (6 %)	¹⁸³ Tl	(3/2−)
^183m Pb		94(8) кэВ			415(20) мс	α	¹⁷⁹ Hg	(13/2+)
^183m Pb		94(8) кэВ			415(20) мс	β ⁺ (редко)	¹⁸³ Tl	(13/2+)
¹⁸⁴ Pb		82	102	183,988142(15)	490(25) мс	α	¹⁸⁰ Hg	0+
¹⁸⁴ Pb		82	102	183,988142(15)	490(25) мс	β ⁺ (редко)	¹⁸⁴ Tl	0+
¹⁸⁵ Pb		82	103	184,987610(17)	6,3(4) с	α	¹⁸¹ Hg	3/2−
¹⁸⁵ Pb		82	103	184,987610(17)	6,3(4) с	β ⁺ (редко)	¹⁸⁵ Tl	3/2−
^185m Pb		60(40)# кэВ			4,07(15) с	α	¹⁸¹ Hg	13/2+
^185m Pb		60(40)# кэВ			4,07(15) с	β ⁺ (редко)	¹⁸⁵ Tl	13/2+
¹⁸⁶ Pb		82	104	185,984239(12)	4,82(3) с	α (56 %)	¹⁸² Hg	0+
¹⁸⁶ Pb		82	104	185,984239(12)	4,82(3) с	β ⁺ (44 %)	¹⁸⁶ Tl	0+
¹⁸⁷ Pb		82	105	186,983918(9)	15,2(3) с	β ⁺	¹⁸⁷ Tl	(3/2−)
¹⁸⁷ Pb		82	105	186,983918(9)	15,2(3) с	α	¹⁸³ Hg	(3/2−)
^187m Pb		11(11) кэВ			18,3(3) с	β ⁺ (98 %)	¹⁸⁷ Tl	(13/2+)
^187m Pb		11(11) кэВ			18,3(3) с	α (2 %)	¹⁸³ Hg	(13/2+)
¹⁸⁸ Pb		82	106	187,980874(11)	25,5(1) с	β ⁺ (91,5 %)	¹⁸⁸ Tl	0+
¹⁸⁸ Pb		82	106	187,980874(11)	25,5(1) с	α (8,5 %)	¹⁸⁴ Hg	0+
^188m1 Pb		2578,2(7) кэВ			830(210) нс			(8−)
^188m2 Pb		2800(50) кэВ			797(21) нс
¹⁸⁹ Pb		82	107	188,98081(4)	51(3) с	β ⁺	¹⁸⁹ Tl	(3/2−)
^189m1 Pb		40(30)# кэВ			50,5(2,1) с	β ⁺ (99,6 %)	¹⁸⁹ Tl	13/2+
^189m1 Pb		40(30)# кэВ			50,5(2,1) с	α (0,4 %)	¹⁸⁵ Hg	13/2+
^189m2 Pb		2475(30)# кэВ			26(5) мкс			(10)+
¹⁹⁰ Pb		82	108	189,978082(13)	71(1) с	β ⁺ (99,1 %)	¹⁹⁰ Tl	0+
¹⁹⁰ Pb		82	108	189,978082(13)	71(1) с	α (0,9 %)	¹⁸⁶ Hg	0+
^190m1 Pb		2614,8(8) кэВ			150 нс			(10)+
^190m2 Pb		2618(20) кэВ			25 мкс			(12+)
^190m3 Pb		2658,2(8) кэВ			7,2(6) мкс			(11)−
¹⁹¹ Pb		82	109	190,97827(4)	1,33(8) мин	β ⁺ (99,987 %)	¹⁹¹ Tl	(3/2−)
¹⁹¹ Pb		82	109	190,97827(4)	1,33(8) мин	α (0,013 %)	¹⁸⁷ Hg	(3/2−)
^191m Pb		20(50) кэВ			2,18(8) мин	β ⁺ (99,98 %)	¹⁹¹ Tl	13/2(+)
^191m Pb		20(50) кэВ			2,18(8) мин	α (0,02 %)	¹⁸⁷ Hg	13/2(+)
¹⁹² Pb		82	110	191,975785(14)	3,5(1) мин	β ⁺ (99,99 %)	¹⁹² Tl	0+
¹⁹² Pb		82	110	191,975785(14)	3,5(1) мин	α (0,0061 %)	¹⁸⁸ Hg	0+
^192m1 Pb		2581,1(1) кэВ			164(7) нс			(10)+
^192m2 Pb		2625,1(11) кэВ			1,1(5) мкс			(12+)
^192m3 Pb		2743,5(4) кэВ			756(21) нс			(11)−
¹⁹³ Pb		82	111	192,97617(5)	5# мин	β ⁺	¹⁹³ Tl	(3/2−)
^193m1 Pb		130(80)# кэВ			5,8(2) мин	β ⁺	¹⁹³ Tl	13/2(+)
^193m2 Pb		2612,5(5)+X кэВ			135(+25−15) нс			(33/2+)
¹⁹⁴ Pb		82	112	193,974012(19)	12,0(5) мин	β ⁺ (100 %)	¹⁹⁴ Tl	0+
¹⁹⁴ Pb		82	112	193,974012(19)	12,0(5) мин	α (7,3⋅10 ⁻⁶ %)	¹⁹⁰ Hg	0+
¹⁹⁵ Pb		82	113	194,974542(25)	~15 мин	β ⁺	¹⁹⁵ Tl	3/2#-
^195m1 Pb		202,9(7) кэВ			15,0(12) мин	β ⁺	¹⁹⁵ Tl	13/2+
^195m2 Pb		1759,0(7) кэВ			10,0(7) мкс			21/2−
¹⁹⁶ Pb		82	114	195,972774(15)	37(3) мин	β ⁺	¹⁹⁶ Tl	0+
¹⁹⁶ Pb		82	114	195,972774(15)	37(3) мин	α (3⋅10 ⁻⁵ %)	¹⁹² Hg	0+
^196m1 Pb		1049,20(9) кэВ			<100 нс			2+
^196m2 Pb		1738,27(12) кэВ			<1 мкс			4+
^196m3 Pb		1797,51(14) кэВ			140(14) нс			5−
^196m4 Pb		2693,5(5) кэВ			270(4) нс			(12+)
¹⁹⁷ Pb		82	115	196,973431(6)	8,1(17) мин	β ⁺	¹⁹⁷ Tl	3/2−
^197m1 Pb		319,31(11) кэВ			42,9(9) мин	β ⁺ (81 %)	¹⁹⁷ Tl	13/2+
						ИП (19 %)	¹⁹⁷ Pb
						α (3⋅10 ⁻⁴ %)	¹⁹³ Hg
^197m2 Pb		1914,10(25) кэВ			1,15(20) мкс			21/2−
¹⁹⁸ Pb		82	116	197,972034(16)	2,4(1) ч	β ⁺	¹⁹⁸ Tl	0+
^198m1 Pb		2141,4(4) кэВ			4,19(10) мкс			(7)−
^198m2 Pb		2231,4(5) кэВ			137(10) нс			(9)−
^198m3 Pb		2820,5(7) кэВ			212(4) нс			(12)+
¹⁹⁹ Pb		82	117	198,972917(28)	90(10) мин	β ⁺	¹⁹⁹ Tl	3/2−
^199m1 Pb		429,5(27) кэВ			12,2(3) мин	ИП (93 %)	¹⁹⁹ Pb	(13/2+)
^199m1 Pb		429,5(27) кэВ			12,2(3) мин	β ⁺ (7 %)	¹⁹⁹ Tl	(13/2+)
^199m2 Pb		2563,8(27) кэВ			10,1(2) мкс			(29/2−)
²⁰⁰ Pb		82	118	199,971827(12)	21,5(4) ч	β ⁺	²⁰⁰ Tl	0+
²⁰¹ Pb		82	119	200,972885(24)	9,33(3) ч	ЭЗ (99 %)	²⁰¹ Tl	5/2−
²⁰¹ Pb		82	119	200,972885(24)	9,33(3) ч	β ⁺ (1 %)	²⁰¹ Tl	5/2−
^201m1 Pb		629,14(17) кэВ			61(2) с			13/2+
^201m2 Pb		2718,5+X кэВ			508(5) нс			(29/2−)
²⁰² Pb		82	120	201,972159(9)	5,25(28)⋅10 ⁴ лет	ЭЗ (99 %)	²⁰² Tl	0+
²⁰² Pb		82	120	201,972159(9)	5,25(28)⋅10 ⁴ лет	α (1 %)	¹⁹⁸ Hg	0+
^202m1 Pb		2169,83(7) кэВ			3,53(1) ч	ИП (90,5 %)	²⁰² Pb	9−
^202m1 Pb		2169,83(7) кэВ			3,53(1) ч	ЭЗ (9,5 %)	²⁰² Tl	9−
^202m2 Pb		4142,9(11) кэВ			110(5) нс			(16+)
^202m3 Pb		5345,9(13) кэВ			107(5) нс			(19−)
²⁰³ Pb		82	121	202,973391(7)	51,873(9) ч	ЭЗ	²⁰³ Tl	5/2−
^203m1 Pb		825,20(9) кэВ			6,21(8) с	ИП	²⁰³ Pb	13/2+
^203m2 Pb		2949,47(22) кэВ			480(7) мс			29/2−
^203m3 Pb		2923,4+X кэВ			122(4) нс			(25/2−)
²⁰⁴ Pb		82	122	203,9730436(13)	стабилен (>1,4⋅10 ¹⁷ лет)			0+	0,014(1)	0,0104-0,0165
^204m1 Pb		1274,00(4) кэВ			265(10) нс			4+
^204m2 Pb		2185,79(5) кэВ			67,2(3) мин			9−
^204m3 Pb		2264,33(4) кэВ			0,45(+10−3) мкс			7−
²⁰⁵ Pb		82	123	204,9744818(13)	1,73(7)⋅10 ⁷ лет	ЭЗ	²⁰⁵ Tl	5/2−
^205m1 Pb		2,329(7) кэВ			24,2(4) мкс			1/2−
^205m2 Pb		1013,839(13) кэВ			5,55(2) мс			13/2+
^205m3 Pb		3195,7(5) кэВ			217(5) нс			25/2−
²⁰⁶ Pb	Радий G	82	124	205,9744653(13)	стабилен (>2,5⋅10 ²¹ лет)			0+	0,241(1)	0,2084-0,2748
^206m1 Pb		2200,14(4) кэВ			125(2) мкс			7−
^206m2 Pb		4027,3(7) кэВ			202(3) нс			12+
²⁰⁷ Pb	Актиний D	82	125	206,9758969(13)	стабилен (>1,9⋅10 ²¹ лет)			1/2−	0,221(1)	0,1762-0,2365
^207m Pb		1633,368(5) кэВ			806(6) мс	ИП	²⁰⁷ Pb	13/2+
²⁰⁸ Pb	Торий D	82	126	207,9766521(13)	стабилен (>2,6⋅10 ²¹ лет)			0+	0,524(1)	0,5128-0,5621
^208m Pb		4895(2) кэВ			500(10) нс			10+
²⁰⁹ Pb		82	127	208,9810901(19)	3,253(14) ч	β ⁻	²⁰⁹ Bi	9/2+
²¹⁰ Pb	Радий D Радио-свинец	82	128	209,9841885(16)	22,20(22) года	β ⁻ (100 %)	²¹⁰ Bi	0+	следовые количества
²¹⁰ Pb	Радий D Радио-свинец	82	128	209,9841885(16)	22,20(22) года	α (1,9⋅10 ⁻⁶ %)	²⁰⁶ Hg	0+	следовые количества
^210m Pb		1278(5) кэВ			201(17) нс			8+
²¹¹ Pb	Актиний B	82	129	210,9887370(29)	36,1(2) мин	β ⁻	²¹¹ Bi	9/2+	следовые количества
²¹² Pb	Торий B	82	130	211,9918975(24)	10,64(1) ч	β ⁻	²¹² Bi	0+	следовые количества
^212m Pb		1335(10) кэВ			6,0(0,8) мкс	ИП	²¹² Pb	(8+)
²¹³ Pb		82	131	212,996581(8)	10,2(3) мин	β ⁻	²¹³ Bi	(9/2+)
²¹⁴ Pb	Радий B	82	132	213,9998054(26)	26,8(9) мин	β ⁻	²¹⁴ Bi	0+	следовые количества
^214m Pb		1420(20) кэВ			6,2(0,3) мкс	ИП	²¹² Pb	8+#
²¹⁵ Pb		82	133	215,004660(60)	2,34(0,19) мин	β ⁻	²¹⁵ Bi	9/2+#
²¹⁶ Pb		82	134	216,008030(210)#	1,65(0,2) мин	β ⁻	²¹⁶ Bi	0+
^216m Pb		1514(20) кэВ			400(40) нс	ИП	²¹⁶ Pb	8+#
²¹⁷ Pb		82	135	217,013140(320)#	20(5) с	β ⁻	²¹⁷ Bi	9/2+#
²¹⁸ Pb		82	136	218,016590(320)#	15(7) с	β ⁻	²¹⁸ Bi	0+

Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-204: M _Pb204 = 203,973 042 09(18) а.е.м.
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ²⁰⁰ Hg.
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-205: M _Pb205 = 204,974 480 26(13) а.е.м.
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-206: M _Pb206 = 205,974 463 79(12) а.е.м.
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ²⁰² Hg.
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-207: M _Pb207 = 206,975 895 39(6) а.е.м.
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ²⁰³ Hg.
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность на два порядка: M _Pb208 = 207,976 650 571(14) а.е.м.
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ²⁰⁴ Hg.
Измерения массы свинца-208, опубликованные в 2022 году, улучшают точность массы свинца-210: M _Pb210 = 209,984 187 0(10) а.е.м.
↑ Промежуточный продукт распада урана-238
Промежуточный продукт распада урана-235
Промежуточный продукт распада тория-232

Пояснения к таблице

Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. 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

Meija J. et al. (англ.) // Pure and Applied Chemistry . — 2016. — Vol. 88 , no. 3 . — P. 293—306 . — doi : .
↑ Войткевич Г. В., Мирошников А. Е., Поваренных А. С., Прохоров В. Г. Краткий справочник по геохимии. — М. : Недра, 1970.
(неопр.) . Дата обращения: 20 июля 2018. 20 июля 2018 года.
Kokov K.V., Egorova B.V., German M.N., Klabukov I.D., Krasheninnikov M.E. et al. // Pharmaceutics. — 2022. — Т. 14 , вып. 1 . — С. 189 . — ISSN . — doi : . 24 июня 2022 года.
Данные приведены по Wang M. , Audi G. , Kondev F. G. , Huang W. J. , Naimi S. , Xu X. (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41 , iss. 3 . — P. 030002-1—030002-344 . — doi : .
↑ Данные приведены по Audi G. , Kondev F. G. , Wang M. , Huang W. J. , Naimi S. (англ.) // . — 2017. — Vol. 41 , iss. 3 . — P. 030001-1—030001-138 . — doi : . — Bibcode : .
↑ Kromer K. et al., High-precision mass measurement of doubly magic ²⁰⁸ Pb, arΧiv : .
↑ Kondev F. G. , Wang M. , Huang W. J. , Naimi S. , Audi G. (англ.) // . — 2021. — Vol. 45 , iss. 3 . — P. 030001-1—030001-180 . — doi : .
(англ.) . National Nuclear Data Center. Дата обращения: 7 декабря 2020. 27 ноября 2020 года.