نظائر الحديد

☰ جدول المحتويات

نبذة تمهيدية
حديد-54
حديد-55
حديد-56
حديد-57
حديد-60
جدول النظائر
المصادر
المراجع

للحديد (Fe) ثمانية وعشرون نظيراً معروفاً، تتراوح أعداد الكتلة لها بين 45 و 72، منها أربعة نظائر مستقرة وهي حديد-54 ⁵⁴Fe و حديد-56 ⁵⁶Fe و حديد-57 ⁵⁷Fe و حديد-58 ⁵⁸Fe. من بين هذه النظائر المستقرة يعد النظير حديد-56 أكثرها وفرة طبيعية إذ يشكل 91.754% من عنصر الحديد في الأرض، يليه النظير حديد-54 والذي يشكل 5.845%. للنظيرين حديد-57 و حديد-58 وفرة طبيعية قليلة نسبياً وهي 2.119% و 0.282%، على الترتيب. هنالك نظير شبه مستقر للحديد وهو النظير حديد-60 ⁶⁰Fe والذي يبلغ عمر النصف له حوالي 2.6×10⁶ سنة، لكنه نادر الوجود. هنالك أربع وعشرون نظيراً مشعاً للحديد مع وجود ستة متماكبات نووية.

إن لتحديد نسبة نظائر الحديد أهمية كبيرة في مجال علم الكواكب وعلوم الأرض، بالإضافة إلى مجالات أخرى في علوم الحياة والصناعة.^[1]

حديد-54

يعد النظير حديد-54 من النظائر المستقرة للحديد على الرغم من أنه لوحظ له اضمحلال إشعاعي ولكن بعمر نصف طويل وهو 3.1x10²² سنة، حيث يضمحل إلى الكروم-54.

حديد-55

إن النظير حديد-55 هو أحد النظائر المشعة للحديد، تتألف نواته من 26 بروتون و 29 نيوترون. يضمحل هذا النظير عن طريق اصطياد إلكترون إلى منفنيز-55 بعمر نصف 2.737 سنة.^[2] ينتج عن هذا الاضمحلال طاقة على شكل أشعة سينية، من أجل ذلك يستخدم النظير حديد-55 في العديد من التطبيقات العلمية لإنتاج الأشعة السينية في دراسة البلورات بالأشعة السينية وكمصدر لإلكترونات أوجيه.

تمتاز الأشعة السينية من النمط كي-ألفا K_$\alpha$ الصادرة بأنها أحادية اللون وبأنها تستمر لفترة طويلة لعدة سنوات.^[3] ونظراً لعدم الحاجة إلى وجود تيار كهربائي لإصدار هذه الأشعة، لذلك فإن خاصية الإصدار هذه تعد مثالية للتطبيق في أجهزة الأشعة السينية المحمولة، مثل أجهزة تألق الأشعة السينية.^[4]

إنه من المخطط استعمال النظير حديد-55 من قبل وكالة الفضاء الأوروبية كمصدر للأشعة السينية ولتألق الأشعة السينية في مهمة إكسو مارس عام 2018.^[5]^[6]^[7]

تستخدم إلكترونات أوجيه الصادرة عن عملية الاضمحلال في كاشف اصطياد الإلكترون وذلك في الاستشراب الغازي (كروماتوغرافيا غازية)، إذ أن الإلكترونات الصدارة من مصادر نيكل-63 تنتج من اضمحلال بيتا.^[8]

حديد-56

يعد النظير حديد-56 أكثر نظائر الحديد من حيث الوفرة الطبيعية حيث يشكل 91.754% من عنصر الحديد على الأرض. تعد طاقة الارتباط للنويات في نواة حديد-56 عالية (8.8 ميغا إلكترون فولت لكل نوية) جاعلة من نواة النظير حديد-56 واحدة من أكثر النوى ارتباطاً.^[9]

حديد-57

يستخدم النظير حديد-57 ⁵⁷Fe بشكل واسع في مطيافية موسباور نتيجة لانخفاض التفاوت الطبيعي للطاقة أثناء الانتقال النووي.^[10]

حديد-60

يعد النظير حديد-60 من النظائر المشعة النادرة للحديد، والذي يتميز بأن له عمر نصف حوالي 2.6 مليون سنة،^[11]^[12] حيث يضمحل إلى كوبالت-60 عبر اضمحلال بيتا.

جدول النظائر

الرمز	Z(ب)	N(ن)	كتلة النظير (u)	عمر النصف	نمط الاضمحلال^[13]	ناتج الاضمحلال^{[n 1]}	لف مغزلي	تركيب النظائر التمثيلي (كسر مولي)	مجال التفاوت الطبيعي (كسر مولي)
طاقة التنشيط
⁴⁵Fe	26	19	45.01458	1.89 ثانية	β⁺ 30%	⁴⁵Mn	3/2+#
⁴⁵Fe	26	19	45.01458	1.89 ثانية	2p 70%	⁴³Cr	3/2+#
⁴⁶Fe	26	20	46.00081	9 ميلي ثانية [12 ميلي ثانية]	β⁺ >99.9%	⁴⁶Mn	0+
⁴⁶Fe	26	20	46.00081	9 ميلي ثانية [12 ميلي ثانية]	β⁺, p <0.1%	⁴⁵Cr	0+
⁴⁷Fe	26	21	46.99289	21.8 ميلي ثانية	β⁺ >99.9%	⁴⁷Mn	7/2-#
⁴⁷Fe	26	21	46.99289	21.8 ميلي ثانية	β⁺, p <0.1%	⁴⁶Cr	7/2-#
⁴⁸Fe	26	22	47.98050	44 ميلي ثانية	β⁺ 96.41%	⁴⁸Mn	0+
⁴⁸Fe	26	22	47.98050	44 ميلي ثانية	β⁺, p 3.59%	⁴⁷Cr	0+
⁴⁹Fe	26	23	48.97361	70 ميلي ثانية	β⁺, p 52%	⁴⁸Cr	(7/2-)
⁴⁹Fe	26	23	48.97361	70 ميلي ثانية	β⁺ 48%	⁴⁹Mn	(7/2-)
⁵⁰Fe	26	24	49.96299	155 ميلي ثانية	β⁺ >99.9%	⁵⁰Mn	0+
⁵⁰Fe	26	24	49.96299	155 ميلي ثانية	β⁺, p <0.1%	⁴⁹Cr	0+
⁵¹Fe	26	25	50.956820	305 ميلي ثانية	β⁺	⁵¹Mn	5/2-
⁵²Fe	26	26	51.948114	8.275 ساعة	β⁺	⁵²Mn	0+
^52mFe	6.81 ميغا إلكترون فولت			45.9 ثانية	β⁺	⁵²Mn	(12+)#
⁵³Fe	26	27	52.9453079	8.51 دقيقة	β⁺	⁵³Mn	7/2-
^53mFe	3040.4 كيلو إلكترون فولت			2.526 دقيقة	IT	⁵³Fe	19/2-
⁵⁴Fe	26	28	53.9396105	مستقر^{[n 2]}			0+	0.05845	0.05837- 0.05861
^54mFe	6526.9 كيلو إلكترون فولت			364 نانو ثانية			10+
⁵⁵Fe	26	29	54.9382934	2.737 سنة	EC	⁵⁵Mn	3/2-
⁵⁶Fe ^{[n 3]}	26	30	55.9349375	مستقر			0+	0.91754	0.91742- 0.91760
⁵⁷Fe	26	31	56.9353940	مستقر			1/2-	0.02119	0.02116- 0.02121
⁵⁸Fe	26	32	57.9332756	مستقر			0+	0.00282	0.00281- 0.00282
⁵⁹Fe	26	33	58.9348755	44.495 يوم	β^-	⁵⁹Co	3/2-
⁶⁰Fe	26	34	59.934072	2.6×10⁶ سنة	β^-	⁶⁰Co	0+	نادر
⁶¹Fe	26	35	60.936745	5.98 دقيقة	β^-	⁶¹Co	3/2-,5/2-
^61mFe	861 كيلو إلكترون فولت			250 نانو ثانية			9/2+#
⁶²Fe	26	36	61.936767	68 ثانية	β^-	⁶²Co	0+
⁶³Fe	26	37	62.94037	6.1 ثانية	β^-	⁶³Co	(5/2)-
⁶⁴Fe	26	38	63.9412	2.0 ثانية	β^-	⁶⁴Co	0+
⁶⁵Fe	26	39	64.94538	1.3 ثانية	β^-	⁶⁵Co	1/2-#
^65mFe	364 كيلو إلكترون فولت			430 نانو ثانية			(5/2-)
⁶⁶Fe	26	40	65.94678	440 ميلي ثانية	β^- >99.9%	⁶⁶Co	0+
⁶⁶Fe	26	40	65.94678	440 ميلي ثانية	β^-, n <0.1%	⁶⁵Co	0+
⁶⁷Fe	26	41	66.95095	394 ميلي ثانية	β^- >99.9%	⁶⁷Co	1/2-#
⁶⁷Fe	26	41	66.95095	394 ميلي ثانية	β^-, n <0.1%	⁶⁶Co	1/2-#
^67mFe	367 كيلو إلكترون فولت			64 ميكرو ثانية			(5/2-)
⁶⁸Fe	26	42	67.95370	187 ميلي ثانية	β^- >99.9%	⁶⁸Co	0+
⁶⁸Fe	26	42	67.95370	187 ميلي ثانية	β^-, n	⁶⁷Co	0+
⁶⁹Fe	26	43	68.95878	109 ميلي ثانية	β^- >99.9%	⁶⁹Co	1/2-#
⁶⁹Fe	26	43	68.95878	109 ميلي ثانية	β^-, n <0.1%	⁶⁸Co	1/2-#
⁷⁰Fe	26	44	69.96146	94 ميلي ثانية			0+
⁷¹Fe	26	45	70.96672	30# ميلي ثانية [>300 نانو ثانية]			7/2+#
⁷²Fe	26	46	71.96962	10# ميلي ثانية [>300 نانو ثانية]			0+

النظائر المستقرة بالخط الغليظ
من المعتقد أنه يخضع لاضمحلال β⁺β⁺ إلى ⁵⁴Cr بعمر نصف أكبر من 3.1×10²² سنة
يعد المنتج النهائي لعملية التخليق النووي

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 06 أبريل 2020.
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 06 أبريل 2020.
- 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

N. Dauphas, O. Rouxel (2006). "Mass spectrometry and natural variations of iron isotopes". Mass Spectrometry Reviews. 25 (4): 515–550. doi:10.1002/mas.20078. PMID 16463281.
Georges, Audi (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
Preuss, Luther E. (1966). "Demonstration of X-ray Diffraction by LiF using the Mn Kα X-rays Resulting From ⁵⁵Fe decay". Applied Physics Letters. 9 (4): 159. Bibcode:1966ApPhL...9..159P. doi:10.1063/1.1754691.
Himmelsbach, B. "Portable X-ray Survey Meters for In Situ Trace element Monitoring of Air Particulates". Toxic Materials in the Atmosphere, Sampling and Analysis. .
"The ESA-NASA ExoMars Programme Rover, 2018". ESA. مؤرشف من الأصل في 1 مايو 201312 مارس 2010.
"The ExoMars instrument suite". ESA. مؤرشف من الأصل في 1 مايو 201312 مارس 2010.
Marinangeli, L.; Hutchinson, I.; Baliva, A.; Stevoli, A.; Ambrosi, R.; Critani, F.; Delhez, R.; Scandelli, L.; Holland, A.; Nelms, N.; Mars-Xrd Team (March 12–16, 2007). An European XRD/XRF Instrument for the ExoMars Mission ( كتاب إلكتروني PDF ). 38th Lunar and Planetary Science Conference. League City, Texas. صفحة 1322. مؤرشف من الأصل في 27 يناير 2020.
D.J. Dwight, E.A. Lorch and J.E. Lovelock (1976). "Iron-55 as an auger electron emitter : Novel source for gas chromatography detectors". Journal of Chromatography A. 116 (2): 257–261. doi:10.1016/S0021-9673(00)89896-9.
Nuclear Binding Energy - تصفح: نسخة محفوظة 08 نوفمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
R. Nave. "Mossbauer Effect in Iron-57". HyperPhysics. Georgia State University. مؤرشف من الأصل في 22 ديسمبر 201713 أكتوبر 2009.
Rugel, G.; Faestermann, T.; Knie, K.; Korschinek, G.; Poutivtsev, M.; Schumann, D.; Kivel, N.; Günther-Leopold, I.; Weinreich, R.; Wohlmuther, M. (2009). "New Measurement of the ⁶⁰Fe Half-Life". Physical Review Letters. 103 (7): 72502. Bibcode:2009PhRvL.103g2502R. doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502.
"Eisen mit langem Atem". مؤرشف من الأصل في 03 فبراير 2018.
Universal Nuclide Chart - تصفح: نسخة محفوظة 19 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.