للنيتروجين (N) نظيرين مستقرين هما نيتروجين-14 ونيتروجين-15. يعد النظير نيتروجين-14 هو النظير الأكثر وفرة طبيعية من بين نظائر النيتروجين. يوجد هنالك أربع عشر نظيراً مشعاً للنيتروجين تتراوح كتلتها الذرية من 10 إلى 25 بالإضافة إلى متماكب نووي واحد وهو 11mN. إن كل النظائر المشعة للنيتروجين قصيرة العمر، حيث أن أطول عمر نصف لها هو نيتروجين-13 ويبلغ 9.965 دقيقة، أما باقي النظائر المشعة فعمر النصف لها أقل من 7.15 ثانية.
إن أغلب نظائر النيتروجين المشعة التي لها عدد كتلة أقل من 14 تتضمحل إلى نظائر الكربون الموافقة، في حين أن أغلب النظائر التي لها عدد كتلة أكبر من 15 تتضمحل إلى نظائر الأكسجين الموافقة.
نيتروجين-13
يعد النظير نيتروجين–13 13N أحد نظائر النيتروجين المشعة. ويتشكل وفق ما يلي:
- H1 + O16 → N13 + He4
يتم تعجيل البروتون إلى طاقة 5.55 ميغا إلكترون فولت في تفاعل غير ماص (طارد للحرارة) لإحداث تفاعل نووي
يلعب نيتروجين-13 دورا هاما في دورة CNO، ويعتبر مصدر للطاقة في النجوم الأثقل من الشمس.[1]
- 12C + 1H → 13N + γ + 1.95 MeV
- 13N → 13C + e+ + νe + 2.22 MeV
- 13C + 1H → 14N + γ + 7.54 MeV
- 14N + 1H → 15O + γ + 7.35 MeV
- 15O → 15N + e+ + νe + 2.75 MeV
- 15N + 1H → 12C + 4He + 4.96 MeV
النظائر الطبيعية
نيتروجين-14
يعد النظير نيتروجين-14 واحداً من بين نظيرين مستقرين للنيتروجين، وهو يشكل أكثر من 99.636% من تركيب النيتروجين في الطبيعة. يتكون النظير نيتروجين-14 من سبعة بروتونات وسبعة نيوترونات، وبذلك يعد من واحداً من النويدات المستقرة القليلة التي لها عدد فردي من البروتونات والنيوترونات. بناء على ذلك فإن اللف المغزلي لنواة النظير نيتروجين-14 له قيمة إجمالية مقدارها واحد.
ككل العناصر الأثقل من الليثيوم، يعتقد أن منشأ النظيرين 14N و 15N في الكون هو الاصطناع النووي النجمي، حيث نتجت كجزء من دورة كربون-نيتروجين-أكسجين.
يعد النظير نيتروجين-14 المصدر الطبيعي للكربون-14 والذي لديه عمر نصف 5730 سنة.[2]
نيتروجين-15
إن النظير نيتروجين-15 هو أحد النظائر المستقرة والنادرة للنيتروجين. يستخدم بشكل أساسي في مجال الأبحاث الزراعية والطبية. على سبيل المثال، يستخدم في تجربة ميسلسون-ستال (Meselson–Stahl experiment) لمعرفة طبيعة تنسخ الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين.[3] كمثال آخر، يستخدم النظير نيتروجين-15 في تتبع مركبات النيتروجين في البيئة الداخلة في تركيب الملوثات العضوية (الأسمدة مثلاً).[4][5]
يستخدم نيتروجين-15 في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي، لأنه عكس النظير الشائع نيتروجين-14، الذي لديه قيمة عدد صحيح من اللف المغزلي وبالتالي عزم رباعي أقطاب، فإن النظير نيتروجين-15 له لف مغزلي قيمته النصف 1/2، مما يمنح عرض أقل للطف مما يزيد من الدقة. من التطبيقات الأخرى هو الاستخدام في مجال مطيافية الكتلة لدراسة بنية البروتينات، حيث يجري وسمها لمعرفة بنيتها، وهو مجال دراسة علم البروتيوميات.
بالإضافة إلى ذلك فإن نسبة نظيري النيتروجين 15N/14N إلى بعضهما في متعضية يشير إلى النظام الغذائي لها.
جدول النظائر
| الرمز | Z(ب) | N(ن) | كتلة النظير (u) | عمر النصف | نمط الاضمحلال[6] |
ناتج الاضمحلال[n 1] |
لف مغزلي |
تركيب النظائر التمثيلي (كسر مولي) |
مجال التفاوت الطبيعي (كسر مولي) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| طاقة التنشيط | |||||||||
| 10N | 7 | 3 | 10.04165 | 200×10−24 s [2.3 ميغا إلكترون فولت] |
اضمحلال بروتوني | 9C | (2−) | ||
| 11N | 7 | 4 | 11.02609 | 590×10−24 s [1.58 ميغا إلكترون فولت] |
p | 10C | 1/2+ | ||
| 11mN | 740 كيلو إلكترون فولت | 6.90×10−22 ثانية | 1/2− | ||||||
| 12N | 7 | 5 | 12.0186132 | 11.000 ميلي ثانية | β+ 96.5% | 12C | 1+ | ||
| β+, α 3.5% | 8Be [n 2] | ||||||||
| 13N [n 3] | 7 | 6 | 13.00573861 | 9.965 دقيقة | β+ | 13C | 1/2− | ||
| 14N | 7 | 7 | 14.0030740048 | مستقر | 1+ | 0.99636 | 0.99579–
0.99654 | ||
| 15N | 7 | 8 | 15.0001088982 | مستقر | 1/2− | 0.00364 | 0.00346–
0.00421 | ||
| 16N | 7 | 9 | 16.0061017 | 7.13 ثانية | β− 99.99% | 16O | 2− | ||
| β−, α 0.001% | 12C | ||||||||
| 17N | 7 | 10 | 17.008450 | 4.173 ثانية | β−, n 95.0% | 16O | 1/2− | ||
| β− 4.99% | 17O | ||||||||
| β−, α 0.0025% | 13C | ||||||||
| 18N | 7 | 11 | 18.014079 | 622 ميلي ثانية | β− 76.9% | 18O | 1− | ||
| β−, α 12.2% | 14C | ||||||||
| β−, n 10.9% | 17O | ||||||||
| 19N | 7 | 12 | 19.017029 | 271 ميلي ثانية | β−, n 54.6% | 18O | (1/2−) | ||
| β− 45.4% | 19O | ||||||||
| 20N | 7 | 13 | 20.02337 | 130 ميلي ثانية | β−, n 56.99% | 19O | |||
| β− 43.00% | 20O | ||||||||
| 21N | 7 | 14 | 21.02711 | 87 ميلي ثانية | β−, n 80.0% | 20O | 1/2−# | ||
| β− 20.0% | 21O | ||||||||
| 22N | 7 | 15 | 22.03439 | 13.9 ميلي ثانية | β− 65.0% | 22O | |||
| β−, n 35.0% | 21O | ||||||||
| 23N | 7 | 16 | 23.04122 | 14.5 ميلي ثانية | β− | 23O | 1/2−# | ||
| 24N | 7 | 17 | 24.05104 | <52 نانو ثانية | n | 23N | |||
| 25N | 7 | 18 | 25.06066 | <260 نانو ثانية | 1/2−# | ||||
- النظائر المستقرة بالخط الغليظ
- يضمحل تلقائياً إلى ثلاث جسيمات ألفا من خلال التفاعل + 12N -> 34He + e
- يستخدم في تقنية التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني
مقالات ذات صلة
مصادر
- Isotope masses from:
- 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. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
- Isotopic compositions and standard atomic masses from:
- 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.
- Half-life, spin, and isomer data selected from the following sources.
- 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. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
- 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
- Phillips, A.C. (1994). The Physics of Stars. John Wiley & Sons. .
- Godwin, H (1962). "Half-life of radiocarbon". Nature. 195 (4845): 984. Bibcode:1962Natur.195..984G. doi:10.1038/195984a0.
- Meselson M., Stahl F.W. (1958). "The replication of DNA in E. coli". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 44: 671–682. Bibcode:1958PNAS...44..671M. doi:10.1073/pnas.44.7.671. PMC . PMID 16590258.
- Marsh, K. L., G. K. Sims, and R. L. Mulvaney. 2005. Availability of urea to autotrophic ammonia-oxidizing bacteria as related to the fate of 14C- and 15N-labeled urea added to soil. Biol. Fert. Soil. 42:137-145.
- Bichat, F., G.K. Sims, and R.L. Mulvaney. 1999. Microbial utilization of heterocyclic nitrogen from atrazine. Soil Sci. Soc. Am. J. 63:100-110.
- Universal Nuclide Chart - تصفح: نسخة محفوظة 19 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.