Изотопы аргона

Изото́пы арго́на — разновидности атомов (и ядер) химического элемента аргона, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. Аргон представлен в земной атмосфере тремя стабильными изотопами: [1]^[2]. Почти вся масса тяжёлого изотопа ⁴⁰Ar возникла на Земле в результате радиоактивного изотопа калия ⁴⁰K (содержание этого изотопа в изверженных породах в среднем составляет 3,1 г/т). Распад радиоактивного калия идёт по двум направлениям одновременно:

$\mathrm{{}^{40}_{19}K} \rightarrow \mathrm{{}^{40}_{20}Ca}+ e^- + \bar{\nu}_e,$

$\mathrm{{}^{40}_{19}K} + e^- \rightarrow \mathrm{{}^{40}_{18}Ar}+ \nu_e + \gamma.$

Первый процесс (обычный β-распад) протекает в 88 % случаев и ведёт к возникновению стабильного изотопа кальция. Во втором процессе, где участвуют 12 % атомов, происходит электронный захват, в результате чего образуется тяжёлый изотоп аргона. Одна тонна калия, содержащегося в горных породах или водах, в течение года генерирует приблизительно 3100 атомов аргона. Таким образом, в минералах, содержащих калий, постепенно накапливается ⁴⁰Ar, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.

Вероятные источники происхождения изотопов ³⁶Ar и ³⁸Ar — неустойчивые продукты спонтанного деления тяжёлых ядер, а также реакции захвата нейтронов и альфа-частиц ядрами лёгких элементов, содержащихся в урано-ториевых минералах:

$\mathrm{{}^{36}_{17}Cl} \rightarrow \mathrm{{}^{36}_{18}Ar}+ e^- + \bar{\nu}_e,$

$\mathrm{{}^{33}_{16}S} + \mathrm{{}^{4}_{2}He} \rightarrow \mathrm{{}^{36}_{18}Ar}+ \mathrm{{}^{1}_{0}n},$

$\mathrm{{}^{35}_{17}Cl}+ \mathrm{{}^{4}_{2}He} \rightarrow \mathrm{{}^{38}_{18}Ar}+ \mathrm{{}^{1}_{1}p}.$

Подавляющая часть космического аргона состоит из изотопов ³⁶Ar и ³⁸Ar. Это вызвано тем обстоятельством, что калий распространен в космосе примерно в 50 000 раз меньше, чем аргон (на Земле калий преобладает над аргоном в 660 раз). Примечателен произведенный геохимиками подсчет: вычтя из аргона земной атмосферы радиогенный ⁴⁰Ar, они получили изотопный состав, очень близкий к составу космического аргона^[2].

Таблица изотопов аргона

Символ нуклида	Z(p)	N(n)	Масса изотопа[3] (а. е. м.)	Избыток массы[3] (кэВ)	Период полураспада[4] (T1/2)	Спин и чётность ядра[4]	Распространённость изотопа в природе[4] (%)
	Энергия возбуждения (кэВ)
30Ar	18	12	30,021560(320)#	20080(300)#	< 20 нс	0+
31Ar	18	13	31,012120(220)#	11290(210)#	14,4(6) мс	5/2( +#)
32Ar	18	14	31,9976380(19)	−2200,2(18)	98(2) мс	0+
32Arm[4]	5600(100)#			3400(100)#	?	5−
33Ar	18	15	32,9899257(5)	−9384,1(4)	173,0(20) мс	1/2+
34Ar	18	16	33,9802712(4)	−18377,2(4)	845(3) мс	0+
35Ar	18	17	34,9752576(8)	−23047,4(7)	1,775(4) с	3/2+
36Ar	18	18	35,967545106(29)	−30231,540(27)	Стабильный	0+	0,3365(30)
37Ar	18	19	36,96677632(22)	−30947,66(21)	35,04(4) дня	3/2+
38Ar	18	20	37,9627324(4)	−34714,6(3)	Стабильный	0+	0,0632(5)
39Ar	18	21	38,964313(5)	−33242(5)	269(3) лет	7/2−
40Ar	18	22	39,9623831225(29)	−35039,8960(27)	Стабильный	0+	99,6003(30)
41Ar	18	23	40,9645006(4)	−33067,5(3)	109,61(4) мин	7/2−
42Ar	18	24	41,963046(6)	−34423(6)	32,9(11) лет	0+
43Ar	18	25	42,965636(6)	−32010(5)	5,37(6) мин	(5/2−)
44Ar	18	26	43,9649240(17)	−32673,1(16)	11,87(5) мин	0+
45Ar	18	27	44,9680400(6)	−29770,6(5)	21,48(15) с	(1,3,5)/2−
46Ar	18	28	45,968090(40)	−29720(40)	8,4(6) с	0+
47Ar	18	29	46,972190(110)	−25910(100)	580(120) мс	3/2−#
48Ar	18	30	47,974540(320)#	−23720(300)#	500# мс	0+
49Ar	18	31	48,980520(540)#	−18150(500)#	170(50) мс	3/2−#
50Ar	18	32	49,984430(750)#	−14500(700)#	85(30) мс	0+
51Ar	18	33	50,991630(750)#	−7800(700)#	60(>200 нс)# мс	3/2−#
52Ar	18	34	51,996780(970)#	−3000(900)#	10# мс	0+
53Ar	18	35	53,004940(1070)#	4600(1000)#	3# мс	5/2−#

Пояснения к таблице

• Индексами 'm', 'n', 'p', 'q' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.

• 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

1. ↑ Фастовский В.Г., Ровинский А.Е., Петровский Ю.В. Глава первая. Открытие. Происхождение. Распространенность. Применение // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Атомиздат, 1972. — С. 3-13. — 352 с. — 2400 экз.
2. ↑ ^{1 2} Финкельштейн Д.Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Наука, 1979. — С. 76-110. — 200 с. — («Наука и технический прогресс»). — 19 000 экз.
3. ↑ ^{1 2} Данные приведены по G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
4. ↑ ^{1 2 3 4} Данные приведены по G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.