نظائر البوتاسيوم

☰ جدول المحتويات

نبذة تمهيدية
بوتاسيوم-40
جدول النظائر
المصادر
المراجع

للبوتاسيوم (K) خمس وعشرون نظيراً معروفاً تتراوح أعداد الكتلة لها بين 32 و 56. هنالك نظيرين مستقرين للبوتاسيوم وهما بوتاسيوم-39 ³⁹K و بوتاسيوم-41 ⁴¹K. يشكل النظير بوتاسيوم-39 93.3% من الوفرة الطبيعية للبوتاسيوم، في حين يشكل النظير بوتاسيوم-41 6.7% من هذه الوفرة. يوجد في الطبيعة نسبة من النظير المشع بوتاسيوم-40 0.012% والذي يتميز بأن له عمر نصف طويل نسبياً.

لباقي نظائر البوتاسيوم المشعة عمر نصف أقل من يوم واحد، وأغلبها دون الدقيقة الواحدة. أقل هذه النظائر المشعة ثباتاً هو النظير بوتاسيوم-33 ³³K وبوتاسيوم-34 ³⁴K اللذين لديهما أعمار نصف أقل من 25 نانو ثانية. مع العلم أن عمر النصف للنظير بوتاسيوم-32 ³²K غير معروف.

مخطط يظهر تدفق الحرارة الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي للنويدات في الأرض، ⁴⁰K بالخط الأحمر.

بوتاسيوم-40

يعد النظير بوتاسيوم-40 ⁴⁰K أحد النظائر المشعة للبوتاسيوم والذي لديه عمر نصف طويل مقداره 1.248×10⁹ سنة، اي ما يقارب 1.3 الف مليون سنه. وهو يشكل 120 جزء في المليون من عنصر البوتاسيوم في الطبيعة. يعود عمر النصف الطويل لهذا النظير إلى أن حالة انتقال اللف المغزلي ممنوعة، إذ أن اللف المغزلي للبوتاسيوم-40 يبلغ 4 في حين أن نواتج الاضمحلال هي نظائر لها لف مغزلي 0.

يمثل النظير بوتاسيوم-40 مثالاً نادراً على نظير يخضع لكافة أنواع الاضمحلال من النمط بيتا. في النمط الأول من الاضمحلال والذي يشكل 89.28%، يصدر البوتاسيوم-40 جسيم بيتا β⁻ متحولاً إلى كالسيوم-40 مصدراً طاقة مقدارها 1.33 ميغا إلكترون فولت، بالإضافة إلى إصدار نقيض النيوترينو. في النمط الثاني من الاضمحلال والذي يشكل 10.72%، يتحول البوتاسيوم عن طريق اصطياد إلكترون إلى أرغون-40 بإصدار طاقة مقدارها 1.460 ميغا إلكترون فولت على شكل أشعة غاما بالإضافة إلى إصدار نيوترينو. يعد النمط الثالث من الاضمحلال نادر الحدوث، حيث يشكل 0.001% من زمن اللازم للاضمحلال. في النمط الأخير يتحول بوتاسيوم-40 إلى أرغون-40 بإصدار بوزيترون β⁺ ونيوترينو.^[1]

يشكل الاضمحلال الطبيعي للبوتاسيوم-40 أكبر مصدر للإشعاع في جسم الإنسان والحيوانات، وذلك بشكل أكبر منه الكربون-14 ¹⁴C. في جسم إنسان يبلغ وزنه 70 كغ يكون محتوى البوتاسيوم حوالي 160 غرام، مما يكافئ اضمحلال حوالي 4900 نواة من بوتاسيوم-40 كل ثانية.^[2]^[3]

يستخدم النظير بوتاسيوم-40 في تحديد عمر الصخوروذلك بطريقة التأريخ بواسطة بوتاسيوم-أرغون. يعتمد مبدأ هذه الطريقة على افتراض عد احتواء الصخور على الأرغون عند تشكلها، وأن الأرغون الناتج عن عملية اضمحلال البوتاسيوم-40 بقي محتجزاً في الصخور. يحسب عمر الصخور بتحديد نسبة تركيز البوتاسيوم-40 إلى الأرغون-40.

جدول النظائر

الرمز	Z(ب)	N(ن)	كتلة النظير (u)	عمر النصف	نمط الاضمحلال^[4]	ناتج الاضمحلال^{[n 1]}	لف مغزلي	تركيب النظائر التمثيلي (كسر مولي)
طاقة التنشيط
³²K	19	13	32.02192		p	³¹Ar	1+#
^32mK	950# كيلو إلكترون فولت						4+#
³³K	19	14	33.00726	<25 نانو ثانية	p	³²Ar	(3/2+)#
³⁴K	19	15	33.99841	<25 نانو ثانية	p	³³Ar	1+#
³⁵K	19	16	34.988010	178 ميلي ثانية	β⁺ 99.63%	³⁵Ar	3/2+
³⁵K	19	16	34.988010	178 ميلي ثانية	β⁺, p 0.37%	³⁴Cl	3/2+
³⁶K	19	17	35.981292	342 ميلي ثانية	β⁺ 99.94%	³⁶Ar	2+
					β⁺, p 0.048%	³⁵Cl
					β⁺, α 0.012%	³²S
³⁷K	19	18	36.97337589	1.226 ثانية	β⁺	³⁷Ar	3/2+
³⁸K	19	19	37.9690812	7.636 دقيقة	β⁺	³⁸Ar	3+
^38m1K	130.50 كيلو إلكترون فولت			924.2 ميلي ثانية			0+
^38m2K	3458.0 كيلو إلكترون فولت			21.98 ميكرو ثانية			(7+),(5+)
³⁹K	19	20	38.96370668	مستقر			3/2+	0.932581
⁴⁰K ^{[n 2]}	19	21	39.96399848	1.248×10⁹ سنة	β^- 89.28%	⁴⁰Ca	4-	1.17×10⁻⁴
					EC 10.72%	⁴⁰Ar
					β⁺ 0.001%^[5]	⁴⁰Ar
^40mK	1643.639 كيلو إلكترون فولت			336 نانو ثانية			0+
⁴¹K	19	22	40.96182576	مستقر			3/2+	0.067302
⁴²K	19	23	41.96240281	12.360 ساعة	β^-	⁴²Ca	2-
⁴³K	19	24	42.960716	22.3 ساعة	β^-	⁴³Ca	3/2+
⁴⁴K	19	25	43.96156	22.13 دقيقة	β^-	⁴⁴Ca	2-
⁴⁵K	19	26	44.960699	17.3 دقيقة	β^-	⁴⁵Ca	3/2+
⁴⁶K	19	27	45.961977	105 ثانية	β^-	⁴⁶Ca	2(-)
⁴⁷K	19	28	46.961678	17.50 ثانية	β^-	⁴⁷Ca	1/2+
⁴⁸K	19	29	47.965514	6.8 ثانية	β^- 98.86%	⁴⁸Ca	(2-)
⁴⁸K	19	29	47.965514	6.8 ثانية	β^-, n 1.14%	⁴⁷Ca	(2-)
⁴⁹K	19	30	48.96745	1.26 ثانية	β^-, n 86%	⁴⁸Ca	(3/2+)
⁴⁹K	19	30	48.96745	1.26 ثانية	β^- 14%	⁴⁹Ca	(3/2+)
⁵⁰K	19	31	49.97278	472 ميلي ثانية	β^- 71%	⁵⁰Ca	(0-,1,2-)
⁵⁰K	19	31	49.97278	472 ميلي ثانية	β^-, n 29%	⁴⁹Ca	(0-,1,2-)
⁵¹K	19	32	50.97638	365 ميلي ثانية	β^- 53%	⁵¹Ca	3/2+#
⁵¹K	19	32	50.97638	365 ميلي ثانية	β^-, n 47%	⁵⁰Ca	3/2+#
⁵²K	19	33	51.98261	105 ميلي ثانية	β^-, n 64%	⁵¹Ca	(2-)#
					β^-, 2n 21%	⁵⁰Ca
					β^- 15%	⁵²Ca
⁵³K	19	34	52.98712	30 ميلي ثانية	β^-, n 67%	⁵²Ca	(3/2+)#
					β^-, 2n 17%	⁵¹Ca
					β^- 16%	⁵³Ca
⁵⁴K	19	35	53.99420	10 ميلي ثانية	β^- >99.9%	⁵⁴Ca	2-#
⁵⁴K	19	35	53.99420	10 ميلي ثانية	β^-, n <0.1%	⁵³Ca	2-#
⁵⁵K	19	36	54.99971	3 ميلي ثانية	β^-	⁵⁵Ca	3/2+#
⁵⁵K	19	36	54.99971	3 ميلي ثانية	β^-, n	⁵⁴Ca	3/2+#

النظائر المستقرة بالخط الغليظ، والنظائر شبه المستقرة بالخط الغليظ المائل
يعد من النظائر شبة المستقرة لأن نصف العمر له طويل نسبياً. يستخدم في التأريخ بواسطة بوتاسيوم-أرغون

المصادر

كتل النظائر من:
- G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties" ( كتاب إلكتروني PDF ). Nuclear Physics A. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 12 أغسطس 2013.
تركيب النظائر والكتل الذرية القياسية من:
- J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). "Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 75 (6): 683–800. doi:10.1351/pac200375060683. مؤرشف من الأصل في 04 يناير 2019.
- M. E. Wieser (2006). "Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051. مؤرشف من الأصل في 04 يناير 2019. ضع ملخصا.
بيانات أعمار النصف واللف المغزلي والمتماكبات منتقاة من:
- G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties" ( كتاب إلكتروني PDF ). Nuclear Physics A. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 12 أغسطس 2013.
- National Nuclear Data Center. "NuDat 2.1 database". Brookhaven National Laboratory. مؤرشف من الأصل في 14 أكتوبر 2019September 2005.
- N. E. Holden (2004). "Table of the Isotopes". In D. R. Lide (المحرر). CRC Handbook of Chemistry and Physics (الطبعة 85th). CRC Press. Section 11. .

المراجع

Engelkemeir, DW (1962). "Positron Emission in the Decay of K40". Physical Review. 126 (5): 1818. Bibcode:1962PhRv..126.1818E. doi:10.1103/PhysRev.126.1818.
"Radioactive Human Body". مؤرشف من الأصل في 26 أبريل 201118 مايو 2011.
Supian Bin Samat et al (1997), activity of one gram of potassium, Phys. Med. Biol. volume 42 page 407, doi:10.1088/0031-9155/42/2/012 - تصفح: نسخة محفوظة 3 مايو 2020 على موقع واي باك مشين.
Universal Nuclide Chart - تصفح: نسخة محفوظة 19 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.
Engelkemeir, D.W.; Flynn, K.F.; Glendenin, L.E. (1962). "Positron Emission in the Decay of K40". Physical Review. 126 (5): 1818. Bibcode:1962PhRv..126.1818E. doi:10.1103/PhysRev.126.1818. مؤرشف من الأصل في 15 ديسمبر 2019.