Самые необычные изотопы на Земле

Каждый элемент имеет отличительный атомный номер. Атомный номер представляет собой количество протонов в ядрах. У изотопов одинаковое количество протонов, то есть это один и тот же элемент, но разное количество нейтронов. У углерода, например, есть три изотопа — углерод-12, углерод-13 и углерод-14. У каждого из них по шесть протонов, но у них соответственно шесть, семь и восемь нейтронов. Что касается изотопов, это довольно скучно, и есть некоторые из них, обладающие замечательными характеристиками.

10. Период полураспада теллура-128 невероятно долог

Теллур находится под номером 52 в периодической таблице и представляет собой серебристый металлоидный элемент. Он также немного токсичен, поэтому постарайтесь не играть с ним. У него 8 изотопов, и один из них, теллур-128, фактически заработал себе мировой рекорд Гиннеса благодаря тому факту, что он имеет ошеломляюще долгий период полураспада.

Число было рассчитано как 2,2 х (10 в степени 24) лет. Это неясное число для большинства из нас, поэтому вы можете выразить его и по-другому. Это в 160 триллионов раз больше возраста самой Вселенной. Вселенной почти 14 миллиардов лет, так что период полураспада теллура-128 почти так же близок к вечности, как и все, что вы, вероятно, найдете в природе.

9. Распад изотопов астата в мгновение ока

На противоположном конце спектра от теллура астат вообще не имеет большого периода полураспада. Находясь на 85-м месте в периодической таблице, это также самый редкий элемент на Земле: в любой момент времени на планете присутствует всего около 25 граммов. Почему так редко? Это снова те самые периоды полураспада.

Самым долгоживущим изотопом астата является астат-210 с периодом полураспада 8,1 часа. Всего существует 32 изотопа, и ни один из них не является стабильным. Самым короткоживущим является астатин-213, время жизни которого составляет 125 наносекунд . Также было сказано, что радиоактивность астата настолько сильна, что он фактически разрушает сам себя.

Все изотопы радиоактивны и могут быть образованы из висмута в лабораторных условиях. Иногда их используют в качестве радиоактивных индикаторов, но кроме этого, они не имеют большого применения в мире науки.

8. У золота 41 изотоп, но только один из них стабилен

Золото — очень известный элемент, и большинство из нас были бы рады встретить его в дикой природе. Он очень ценен и не подвержен коррозии, как многие другие металлы. Что менее известно, так это то, что на самом деле существует 41 известный изотоп металла. Тот, который мы знаем и жаждем, — это золото-197, и это единственный стабильный изотоп, который есть в золоте. Остальные 40 радиоактивны.

Интересно, что золото-197 наблюдательно стабильно . Это означает, что наука говорит, что он должен быть радиоактивным, но наблюдение за ним не соответствует этому обещанию. Так что даже если вы ожидаете, что он будет радиоактивным, это не так. В целом, это было хорошо почти для каждой экономики в истории.

7. Германий-72 претерпевает необычный фазовый переход

Германий — 32-й элемент в периодической таблице и еще один металлоид, который занимает грань между металлом и неметаллом. Он состоит из пяти стабильных изотопа, и германий-76 является самым долгоживущим из них с периодом полураспада примерно в 130 миллиардов раз больше возраста Вселенной. Однако это не самый интересный из изотопов. Что касается германия, то это изотоп 72, который проявляет очень необычную особенность, когда начинает нагреваться.

Мы понимаем, что определенные вещи происходят с атомами, когда к веществу прикладывается тепло. Как и в случае воды, тепло возбуждает атомы и заставляет их двигаться быстрее. Но что происходит внутри самих атомов? Германий-72 доказывает, что это не так очевидно, как вы думаете.

В германии 32 протона, а в германии-72 40 нейтронов. Эти протоны образуют прочные пары, которые становятся слабее по мере нагревания атома. Это имеет смысл в нашем примере с водой. Проблема в том, что в какой-то момент происходит что-то необычное. Когда температура становится достаточно высокой, связь между парами протонов снова укрепляется . Причиной этого является то, что называется фазовым переходом. Стабилизация происходит, когда начинается переход, прежде чем он снова ослабевает по мере того, как температура продолжает расти.

6. Железо-60 было обнаружено в антарктическом снегу

Всем известно железо, один из самых распространенных элементов в мире, настолько важный, что буквально назвали в его честь целый век. Без железа все наши магниты упали бы на пол, не говоря уже о нашей неспособности сделать почти все, что мы делаем из металла в мире. По оценкам , в мире насчитывается около 800 миллиардов тонн неочищенной железной руды, содержащей 230 миллиардов тонн железа, так что нам есть над чем поработать.

Есть четыре стабильных изотопа железа и 24 радиоактивных изотопа. Один из них, железо-60, является наиболее стабильным с периодом полураспада около 2,6 миллиона лет. Это также не та вещь, которая появляется где угодно. Если вам нужно собственное железо-60, вам придется отправиться на охоту за ним, потому что оно рождается во время звездных взрывов, то есть вспыхивает как сверхновая. Когда звезда взрывается, железо-60 выбрасывается во Вселенную, и небольшое его количество иногда попадает на Землю. Некоторые из них даже были обнаружены в антарктических снегах . Из 500 килограммов чистого снега , который был собран для поиска образцов, ученые обнаружили пять атомов железа-60. Впервые изотоп был обнаружен на Земле всего 23 года назад в некоторых глубоководных почвенных отложениях.

5. Плутоний-244 был найден на дне океана

Как и железо-60, плутоний-244 — это не тот изотоп, который появляется из ниоткуда. В отличие от железа, нет никаких изотопов плутония, к которым вы хотели бы подобраться слишком близко. Всего их 20 и все они радиоактивные, но самый стабильный — плутоний-244.

Следы плутония-244 были обнаружены на дне океана в 2021 году, и считается, что он проделал немалый путь, чтобы добраться сюда. Плутоний-244 производится в довольно сложных условиях. В данном случае плутоний образовался при столкновении двух звезд , что привело к мощному взрыву. Вероятно, он также образуется в сверхновых вместе с железом-60.

Плутоний-244 вообще не тот изотоп, который мы можем легко создать на Земле. В ядерных реакторах производятся разные изотопы, но когда плутоний-242 превращается в 243, его период полураспада составляет всего несколько часов, и он не может превратиться в 244. Теоретически предполагалось, что взрыв ядерного оружия потенциально может произвести 244, но это остается только теория и не наблюдалось.

4. Магний-18 разлагается до образования

Мы видели, что астат имеет очень короткий период полураспада, но ученые создали изотоп магния, который настолько нестабилен, что его практически невозможно наблюдать. В норме магний имеет три стабильных изотопа и 19 нестабильных.

Из нестабильных магний-18 и магний-19 особенно интересны из-за их невероятно короткой продолжительности жизни. Магний-19 имеет период полураспада 5 пикосекунд . Это пять триллионных долей секунды. Если вам кажется, что это короткий промежуток времени, а это так и есть, то приготовьтесь к магнию-18.

Магний-18 не был адекватно измерен из-за того, что его время существования составляет примерно одну секстиллионную долю секунды . Он разваливается так быстро, что электроны не могут даже привести электроны в порядок вокруг себя, чтобы стать настоящим атомом. Это просто ядро, а потом оно распадается. Это означает, что ученые не могут изучать его напрямую, а просто наблюдают за тем, что он делал в течение короткого времени своего существования.

3. В мире всего 500 г природного прометия.

Прометий — исключительно редкий элемент, у которого нет стабильных изотопов, хотя у него есть 38 нестабильных изотопов. Он испускает рентгеновские лучи и встречается поразительно редко. Прямо сейчас на всей планете можно найти всего около одного фунта природного прометия. Тем не менее, мы также можем получить его в лабораторных условиях, бомбардируя уран-235 и неодим-147 нейтронами.

В 1902 году чешский химик по имени Богуслав Браун предположил, что прометий должен существовать вместе с шестью другими неоткрытыми элементами, и его догадка подтвердилась несколько лет спустя, когда Генри Мозли подтвердил, что в периодической таблице должно существовать что-то среднее между неодимом и самарием с атомным весом 61. Потребовалось еще 20 лет поисков, прежде чем было определено, что каким бы ни был элемент 61, у него не будет стабильных изотопов.

После многих лет поисков прометий наконец был обнаружен не в природе, а в лаборатории, когда ученые поняли, что они могут создавать элементы и их изотопы.

Для чего-то такого редкого и к тому же радиоактивного вы можете подумать, что оно найдет какое-то серьезное применение в мире в целом, но вы ошибаетесь. Вместо этого он в основном используется для таких вещей, как светящаяся краска и атомные батареи.

2. Стронций-90 перерабатывается в вашем организме подобно кальцию.

Стронций является щелочноземельным металлом и занимает 38-е место в периодической таблице. Он имеет 4 стабильных изотопа, встречающихся в природе, а также 32 нестабильных. Из этих изотопов вам нужно следить за стронцием-90, потому что он немного хитрый.

Стронций-90 очень химически активен и может выделять тепло. Эта реакция делает его полезным в качестве источника энергии , и он используется на удаленных метеостанциях и даже в космических кораблях, а также в медицинской промышленности. Хотя это не стабильный изотоп, который встречается в природе, это побочный продукт ядерного деления, из которого поступает большая часть мировых запасов, хотя он также был получен в результате испытаний ядерного оружия в 1950-х годах.

Очевидно, что из-за радиоактивности стронция-90 следует избегать, но у него есть коварный способ вызвать у вас заболевание при контакте с ним. Его можно вдыхать , но он также может попасть в организм через зараженную пищу и воду. Оказавшись внутри, ваше тело будет обрабатывать его так же, как кальций. Это означает, что радиоактивный стронций проникнет в ваши зубы и кости. Как только он становится частью вас, он может привести к раку костей, раку костного мозга и раку мягких тканей в областях вокруг радиоактивных частей.

1. Тритий — одна из самых дорогих вещей на Земле.

Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, у него семь изотопов, хотя в природе встречаются только три. Последний, водород-3, мы называем тритием, и он столь же редок, сколь и ценен. Он может естественным образом образовываться в атмосфере, когда космические лучи попадают на азот , но при этом образуются лишь следовые количества. Он также образуется при ядерных взрывах и как побочный продукт ядерных реакторов.

Тритий используется в производстве ядерного оружия, а также для производства светящихся циферблатов и для различных научных и исследовательских целей. Фунт за фунтом это также одно из самых ценных веществ на земле. Например, грамм чистого золота может стоить около 70 долларов, в зависимости от ряда факторов. Грамм платины может стоить около 40 долларов. Грамм кокаина может стоить около 120 долларов, в зависимости от того, где вы его покупаете. А грамм трития? Это обойдется вам примерно в 25 000 долларов .

Около четырех граммов трития используется в ядерном оружии, чтобы повысить эффективность и сделать оружие более разрушительным, но в то же время легче.