Изотопы калия
Изотопы калия — разновидности химического элемента калия с разным количеством нейтронов в атомном ядре. Известны изотопы калия с массовыми числами от 33 до 59 (количество протонов 19, нейтронов от 14 до 40) и 5 ядерных изомеров.
Природный калий представляет собой смесь трех изотопов. Двух стабильных:
- 39K (изотопная распространённость 93,258 %)
- 41K (изотопная распространённость 6,730 %)
И одного нестабильного, но с большим периодом полураспада:
- 40K (изотопная распространённость 0,012 %), период полураспада 1,25⋅109 лет.
Благодаря радиоактивности 40K природный калий обладает удельной активностью около 31 кБк/кг. Самым долгоживущим из остальных радиоизотопов является 43K с периодом полураспада 22,3 часа.
Калий-40
40K распадается по одной из трех схем:
- Бета-распад: вероятность 89,28 %, дочерний изотоп стабильный 40Ca.
- Электронный захват: вероятность 10,72 %, дочерний изотоп стабильный 40Ar.
- Позитронный распад: вероятность 0,001 %, дочерний изотоп стабильный 40Ar.
Значимость калия-40 определяется его определяющим вкладом в собственную радиоактивность биологических тканей, содержащих природный калий. Ввиду наличия калия-40 в теле человека природная радиоактивность человеческого организма составляет 4—5 кБк. Это примерно 80—85 % собственной радиоактивности организма. Оставшаяся часть обусловлена в основном изотопом 14С. Среднегодовая эффективная эквивалентная доза, получаемая человеком в результате распада калия-40 в тканях организма, составляет 0,18 мЗв.
Соотношение калия-40 и аргона-40 используется в калий-аргоновом способе датирования[англ.] абсолютного возраста минералов в геохронологии.
Таблица изотопов калия
| Символ нуклида | Z(p) | N(n) | Масса изотопа[1] (а. е. м.) | Период полураспада[2] (T1/2) | Канал распада | Продукт распада | Спин и чётность ядра[2] | Распространённость изотопа в природе | Диапазон изменения изотопной распространённости в природе |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения | |||||||||
| 31K[3][4] | 19 | 12 | <10-11 с | 3p | 28S | ||||
| 32K | 19 | 13 | 32,02265(43)# | p | 31Ar | 1+# | |||
| 32mK | 950(100)# кэВ | 4+# | |||||||
| 33K | 19 | 14 | 33,00756(21)# | <25 нс | p | 32Ar | 3/2+# | ||
| 34K | 19 | 15 | 33,99869(21)# | <40 нс | p | 33Ar | 1+# | ||
| 35K | 19 | 16 | 34,9880054(6) | 178(8) мс | β+ (99,63%) | 35Ar | 3/2+ | ||
| β+, p (0,37%) | 34Cl | ||||||||
| 36K | 19 | 17 | 35,9813020(4) | 341(3) мс | β+ (99,95%) | 36Ar | 2+ | ||
| β+, p (0,048%) | 35Cl | ||||||||
| β+, α (0,0034%) | 32S | ||||||||
| 37K | 19 | 18 | 36,97337589(10) | 1,2365(9) с | β+ | 37Ar | 3/2+ | ||
| 38K | 19 | 19 | 37,96908112(21) | 7,636(18) мин | β+ | 38Ar | 3+ | ||
| 38m1K | 130,50(28) кэВ | 924,46(14) мс | β+ | 38Ar | 0+ | ||||
| 38m2K | 3458,0(2) кэВ | 21,95(11) мкс | ИП | 38K | (7+) | ||||
| 39K | 19 | 20 | 38,963706487(5) | стабилен | 3/2+ | 0,932581(44) | |||
| 40K | 19 | 21 | 39,96399817(6) | 1,248(3)⋅109 лет | β− (89,28%) | 40Ca | 4− | 1,17(1)⋅10−4 | |
| ЭЗ (10,72%) | 40Ar | ||||||||
| β+ (0,001%)[5] | |||||||||
| 40mK | 1643,639(11) кэВ | 336(12) нс | ИП | 40K | 0+ | ||||
| 41K | 19 | 22 | 40,961825258(4) | стабилен | 3/2+ | 0,067302(44) | |||
| 42K | 19 | 23 | 41,96240231(11) | 12,355(7) ч | β− | 42Ca | 2− | ||
| 43K | 19 | 24 | 42,9607347(4) | 22,3(1) ч | β− | 43Ca | 3/2+ | ||
| 43mK | 738,30(6) кэВ | 200(5) нс | ИП | 43K | 7/2− | ||||
| 44K | 19 | 25 | 43,9615870(5) | 22,13(19) мин | β− | 44Ca | 2− | ||
| 45K | 19 | 26 | 44,9606915(6) | 17,8(6) мин | β− | 45Ca | 3/2+ | ||
| 46K | 19 | 27 | 45,9619816(8) | 105(10) с | β− | 46Ca | 2− | ||
| 47K | 19 | 28 | 46,9616616(15) | 17,50(24) с | β− | 47Ca | 1/2+ | ||
| 48K | 19 | 29 | 47,9653412(8) | 6,8(2) с | β− (98,86%) | 48Ca | 1− | ||
| β−, n (1,14%) | 47Ca | ||||||||
| 49K | 19 | 30 | 48,9682108(9) | 1,26(5) с | β−, n (86%) | 48Ca | (3/2+) | ||
| β− (14%) | 49Ca | ||||||||
| 50K | 19 | 31 | 49,972380(8) | 472(4) мс | β− (71%) | 50Ca | 0− | ||
| β−, n (29%) | 49Ca | ||||||||
| 50mK | 171,4(4) кэВ | 125(40) нс | ИП | 50K | (2−) | ||||
| 51K | 19 | 32 | 50,975828(14) | 365(5) мс | β−, n (65%) | 50Ca | 3/2+ | ||
| β− (35%) | 51Ca | ||||||||
| 52K | 19 | 33 | 51,98160(4) | 110(4) мс | β−, n (74%) | 51Ca | 2−# | ||
| β− (23,7%) | 52Ca | ||||||||
| β−, 2n (2,3%) | 50Ca | ||||||||
| 53K | 19 | 34 | 52,98680(12) | 30(5) мс | β−, n (64%) | 52Ca | (3/2+) | ||
| β− (26%) | 53Ca | ||||||||
| β−, 2n (10%) | 51Ca | ||||||||
| 54K | 19 | 35 | 53,99463(64)# | 10(5) мс | β− (>99,9%) | 54Ca | 2−# | ||
| β−, n (<.1%) | 53Ca | ||||||||
| 55K | 19 | 36 | 55,00076(75)# | 3# мс | β− | 55Ca | 3/2+# | ||
| β−, n | 54Ca | ||||||||
| 56K | 19 | 37 | 56,00851(86)# | 1# мс | β− | 56Ca | 2−# | ||
| β−, n | 55Ca | ||||||||
| 57K[6][7] | 19 | 38 | β− | 57Ca | |||||
| 59K[7][прим. 1] | 19 | 40 | β− | 59Ca | |||||
Пояснения к таблице
- Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. 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.