Изотопы аргона

Изото́пы арго́на — разновидности химического элемента аргона с разным количеством нейтронов в атомном ядре. Известны изотопы аргона с массовыми числами от 29 до 54 (количество протонов 18, нейтронов от 11 до 36) и один ядерный изомер.

Аргон в земной атмосфере состоит из трех стабильных изотопов:

³⁶Ar (изотопная распространённость 0,337 %)
³⁸Ar (изотопная распространённость 0,063 %)
⁴⁰Ar (изотопная распространённость 99,600 %)^[1]^[2].

Самым долгоживущим радиоизотопом является ³⁹Ar с периодом полураспада 269 лет.

Почти весь ⁴⁰Ar возник на Земле в результате распада радиоактивного изотопа ⁴⁰K по схеме электронного захвата:

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

Один грамм природного калия, с концентрацией радиоактивного изотопа ⁴⁰K 0,012 ат.% в течение года порождает приблизительно 1,03·10⁷ атомов ⁴⁰Ar. Таким образом, в минералах, содержащих калий, постепенно накапливается изотоп ⁴⁰Ar, удерживаемый в кристаллических решётках, что позволяет по соотношению концентраций ⁴⁰Ar/⁴⁰K в минералах определить момент их кристаллизации. Этот калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии^[3].

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:

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

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

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

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^[4] (а. е. м.)	Период полураспада^[5] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[5]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Символ нуклида	Энергия возбуждения			Период полураспада^[5] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[5]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
²⁹Ar^[6]	18	11		~4⋅10⁻²⁰ с	2p	²⁷S
³⁰Ar	18	12	30,02247(22)	<10 пс	2p	²⁸S	0+
³¹Ar	18	13	31,01216(22)#	15,1(3) мс	β⁺, p (68,3%)	³⁰S	5/2+
					β⁺ (22,63%)	³¹Cl
					β⁺, 2p (9,0%)	²⁹P
					β⁺, 3p (0,07%)	²⁸Si
³²Ar	18	14	31,9976378(19)	98(2) мс	β⁺ (64,42%)	³²Cl	0+
³²Ar	18	14	31,9976378(19)	98(2) мс	β⁺, p (35,58%)	³¹S	0+
^32mAr	5600(100) кэВ						5−#
³³Ar	18	15	32,9899255(4)	173,0(20) мс	β⁺ (61,3%)	³³Cl	1/2+
³³Ar	18	15	32,9899255(4)	173,0(20) мс	β⁺, p (38,7%)	³²S	1/2+
³⁴Ar	18	16	33,98027009(8)	843,8(4) мс	β⁺	³⁴Cl	0+
³⁵Ar	18	17	34,9752577(7)	1,7756(10) с	β⁺	³⁵Cl	3/2+
³⁶Ar	18	18	35,967545105(29)	стабилен^{[n 1]}			0+	0,003336(4)
³⁷Ar	18	19	36,96677631(22)	35,011(19) сут	ЭЗ	³⁷Cl	3/2+
³⁸Ar	18	20	37,96273210(21)	стабилен			0+	0,000629(1)
³⁹Ar	18	21	38,964313(5)	269(3) лет	β⁻	³⁹K	7/2−
⁴⁰Ar<	18	22	39,9623831238(24)	стабилен			0+	0,996035(4)
⁴¹Ar	18	23	40,9645006(4)	109,61(4) мин	β⁻	⁴¹K	7/2−
⁴²Ar	18	24	41,963046(6)	32,9(11) года	β⁻	⁴²K	0+
⁴³Ar	18	25	42,965636(6)	5,37(6) мин	β⁻	⁴³K	5/2(−)
⁴⁴Ar	18	26	43,9649238(17)	11,87(5) мин	β⁻	⁴⁴K	0+
⁴⁵Ar	18	27	44,9680397(6)	21,48(15) с	β⁻	⁴⁵K	(5/27/2)−
⁴⁶Ar	18	28	45,9680374(12)	8,4(6) с	β⁻	⁴⁶K	0+
⁴⁷Ar	18	29	46,9727681(12)	1,23(3) с	β⁻ (99,8%)	⁴⁷K	(3/2−)
⁴⁷Ar	18	29	46,9727681(12)	1,23(3) с	β⁻, n (0,2%)	⁴⁶K	(3/2−)
⁴⁸Ar	18	30	47,97608(33)	415(15) мс	β⁻	⁴⁸K	0+
⁴⁹Ar	18	31	48,98155(43)#	236(8) мс	β⁻	⁴⁹K	3/2−#
⁵⁰Ar	18	32	49,98569(54)#	106(6) мс	β⁻	⁵⁰K	0+
⁵¹Ar	18	33	50,99280(64)#	60# мс [>200 нс]	β⁻	⁵¹K	3/2−#
⁵²Ar	18	34	51,99863(64)#	10# мс	β⁻	⁵²K	0+
⁵³Ar	18	35	53,00729(75)#	3# мс	β⁻	⁵³K	(5/2−)#
⁵³Ar	18	35	53,00729(75)#	3# мс	β⁻, n	⁵²K	(5/2−)#
⁵⁴Ar^[7]	18	36			β⁻	⁵⁴K	0+

Пояснения к таблице

Распространённость изотопов приведена для земной атмосферы. Для других источников значения могут сильно отличаться.

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

Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.

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]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[n 1]

[7]