Izotopy azotu
Azotu ( N ) ma 16 izotopów znaną liczbę masową w zakresie od 10 do 25, i izomer jądrowego , 11m N. Dwa z nich są stabilne i występuje w przyrodzie, azot-14 ( 14 N) i azotu 15 ( 15 N) ta pierwsza reprezentuje prawie cały obecny azot (99,64%). Są szeroko stosowane do badań izotopowych, w szczególności cyklu azotowego i sieci pokarmowych.
Azotowi przypisuje się standardową masę atomową 14,0067 u .
Wszystkie jego radioizotopy mają krótki okres półtrwania , przy czym azot-13 ( 13 N) ma najdłuższy okres półtrwania, 9,965 minut, wszystkie inne mają okres półtrwania krótszy niż 7,15 sekundy, a większość między nimi mniej niż 625 ms .
Izotopy, które są lżejsze niż stabilne izotopy, na ogół rozpadają się na izotopy węgla w wyniku emisji protonów lub pozytonów (β + ), a cięższe przez β - rozpad na izotopy tlenu .
Naturalny azot
Naturalny azot składa się z dwóch stabilnych izotopów 14 N i 15 N, przy czym ten ostatni jest bardzo podrzędny.
Izotop
|
Obfitość
(procent molowy)
|
Zakres wariacji
|
---|
14 N
|
99, 636 (20)%
|
99,579– 99,654
|
15 N
|
0,364 (20)%
|
0,346 - 0,421
|
Azot 13
Azot-13 ( 13 N ) jest izotop azotu, którego rdzeń składa się z 7 protonami i 6 neutronami. Jest to radioizotop powstały w szczególności w wyniku radioaktywnej transmutacji tlenu 13 , który w wyniku emisji pozytonów przekształca się w węgiel 13 i jest z tego powodu stosowany w pozytonowej tomografii emisyjnej .
Azot 14
Azot-14 ( 14 N ) jest izotop azotu, którego rdzeń składa się z siedmiu protonów i siedem neutronów. Jest to jeden z dwóch stabilnych izotopów azotu i stanowi 99,636% azotu obecnego na Ziemi.
Azot-14 jest jednym z niewielu stabilnych izotopów z nieparzystą liczbą protonów i neutronów. Każdy z tych spinów jądrowych wynosi plus lub minus 1/2, co daje całkowity spinowy moment magnetyczny równy 1.
Uważa się, że jak wszystkie pierwiastki cięższe od boru , pierwotnym źródłem 14 N (i 15 N) we Wszechświecie jest gwiezdna nukleosynteza , w której jest wytwarzana podczas cyklu CNO .
Azot-14 jest źródłem naturalnego węgla-14 : pewne promieniowanie kosmiczne powoduje reakcję jądrową z 14 N w górnych warstwach atmosfery, tworząc 14 C. Ten radioizotop następnie ponownie rozpada się na azot-14, którego okres półtrwania wynosi około 5730 lat .
Azot 15
Azot-15 ( 15 N ) jest izotop azotu, którego rdzeń składa się z 7 protonami i 8 neutronami. Jest to drugi z dwóch stabilnych izotopów azotu i stanowi 0,364% azotu obecnego na Ziemi. Jest zaangażowany w cykl CNO, który jest procesem dostarczającym większość energii do gwiazd masywniejszych niż Słońce.
Izotop ten jest często używany w badaniach rolniczych i medycznych , na przykład w eksperymencie Meselsona-Stahla , w celu ustalenia natury replikacji DNA . Rozszerzenie tych badań zaowocowało opracowaniem opartej na DNA metody stabilnych sond izotopowych, która umożliwia obserwację powiązań między funkcjami metabolicznymi a taksonomiczną tożsamością mikroorganizmów w środowisku, bez konieczności izolowania kultury. Azot-15 jest szeroko stosowany do śledzenia minerałów składających się z azotu (zwłaszcza nawozów ), a w połączeniu z innymi znacznikami izotopowymi jest bardzo ważnym znacznikiem opisującym ewolucję zanieczyszczeń organo-nitro.
Azot-15 jest często używany w spektroskopii NMR , ponieważ w przeciwieństwie do obfitego azotu-14, który ma spin całkowity, a zatem moment kwadrupolowy, 15 N ma spin 1/2 - , co zapewnia korzyści w NMR, takie jak cieńsza grubość linii . Do białek mogą być znakowane izotopowo w hodowli na pożywce zawierającej 15 N jako jedynego źródła azotu. Azot 15 może być również użyty do znakowania białek metodą proteomiczną ( SILAC (en) ).
Również stosunek 15 N / 14 N w organizmie może dać wskazówki dotyczące jego diety, ruchu w górę w łańcuchu pokarmowym zmierzającym do koncentracji izotopu 15 N, od 3 do 4 ‰ na każdym etapie łańcucha pokarmowego.
Azot 15 może być wytwarzany z dwóch źródeł emisji pozytonów z tlenem 15 i P - rozkład z węglem 15 .
Azot 16
Azotu 16 ( 16 N ) jest niestabilny izotop azotu, którego rdzeń składa się z 7 protonów i 9 neutronów. Jego okres wynosi 7,13 s. Rozpada się na tlen 16 , emitując elektron i specjalnie energetyczny promień gamma (10,419 MeV ). Tworzy się w szczególności w sercu reaktorów wodnych w wyniku aktywacji tlenu zawartego w wodzie przez szybki strumień neutronów . Gamma azotu jest głównym 16 w sąsiedztwie źródła promieniowania pierwotnego układu reaktorów wodnych . Ze względu na bardzo krótki okres jego emitera, promieniowanie to zanika w pierwszych chwilach po wyłączeniu reaktora.
Symbol izotopu
|
Z ( p )
|
N ( n )
|
masa izotopowa (u)
|
Pół życia
|
Rozpad Tryb (y) |
Izotop (y)
syn
|
Obracać
jądrowy
|
---|
Energia wzbudzenia
|
---|
10 N
|
7
|
3
|
10,04165 (43)
|
200 (140) × 10–24 s [2,3 (16) MeV]
|
p
|
9 C.
|
(2−)
|
11 N.
|
7
|
4
|
11.02609 (5)
|
590 (210) x 10 -24 y [1,58 (+ 75-52) MeV]
|
p
|
10 C
|
1/2 +
|
11m N
|
740 (60) keV
|
6,90 (80) × 10-22 s
|
|
|
1 / 2−
|
12 N.
|
7
|
5
|
12,0186132 (11)
|
11 000 (16) ms
|
β + (96,5%)
|
12 C
|
1+
|
β + , α (3,5%)
|
8 Be |
13 N |
7
|
6
|
13,00573861 (29)
|
9,965 (4) min
|
β + |
13 C
|
1 / 2−
|
14 N |
7
|
7
|
14,0030740048 (6)
|
Stabilny
|
1+
|
15 N
|
7
|
8
|
15 0001088982 (7)
|
Stabilny
|
1 / 2−
|
16 N
|
7
|
9
|
16,0061017 (28)
|
7.13 (2), s
|
β - (99,99%)
|
16 O
|
2−
|
β - , α (0,001%)
|
12 C
|
17 N
|
7
|
10
|
17,008450 (16)
|
4.173 (4) s
|
β - , n (95,0%)
|
16 O
|
1 / 2−
|
β - (4,99%)
|
17 O
|
β - , α (0,0025%)
|
13 C
|
18 N
|
7
|
11
|
18.014079 (20)
|
622 (9) ms
|
β - (76,9%)
|
18 O
|
1−
|
β - , α (12,2%)
|
14 C
|
β - , n (10,9%)
|
17 O
|
19 N
|
7
|
12
|
19.017029 (18)
|
271 (8) ms
|
β - , n (54,6%)
|
18 O
|
(1/2−)
|
β - (45,4%)
|
19 O
|
20 N
|
7
|
13
|
20.02337 (6)
|
130 (7) ms
|
β - , n (56,99%)
|
19 O
|
|
β - (43,00%)
|
20 O
|
21 N
|
7
|
14
|
21.02711 (10)
|
87 (6) ms
|
β - , n (80,0%)
|
20 O
|
1 / 2− #
|
β - (20,0%)
|
21 O
|
22 N
|
7
|
15
|
22.03439 (21)
|
13,9 (14) ms
|
β - (65,0%)
|
22 O
|
|
β - , n (35,0%)
|
21 O
|
23 N
|
7
|
16
|
23.04122 (32) #
|
14,5 (24) ms [14,1 (+ 12–15) ms]
|
β - |
23 O
|
1 / 2− #
|
24 N
|
7
|
17
|
24.05104 (43) #
|
<52 ns
|
nie
|
23 N
|
|
25 N
|
7
|
18
|
25.06066 (54) #
|
<260 ns
|
|
|
1 / 2− #
|
-
Oprócz azotu 14, pozostałe cztery stabilne atomy o nieparzystej liczbie protonów i neutronów to deuter , lit 6 , bor 10 i tantal 180m .
-
Stabilne izotopy w tłuszczu.
-
Natychmiast rozpada się na dwie cząstki α, dla wyraźnej reakcji: 12 N → 3 4 He + e +
-
Używany w pozytonowej tomografii emisyjnej .
Uwagi
- Dokładność liczebności izotopów i masy atomowej jest ograniczona zmianami. Podane zakresy odchyleń są zwykle ważne dla wszystkich normalnych materiałów lądowych.
- Wartości oznaczone # nie pochodzą wyłącznie z danych eksperymentalnych, ale także przynajmniej częściowo z systematycznych trendów. Spiny, których determinacja jest niepewna, znajdują się w nawiasach.
- Niepewności podano zwięźle w nawiasach po odpowiednim miejscu dziesiętnym. Wartości niepewności oznaczają jedno odchylenie standardowe, z wyjątkiem składu izotopowego i standardowej masy atomowej IUPAC, w których stosuje się niepewności rozszerzone.
Uwagi i odniesienia
-
Maćko, SA (1982). Stabilne stosunki izotopów azotu jako wskaźniki organicznych procesów geochemicznych. Dissertation Abstracts International Part B: Science and Engineering [DISS. ABST. INT. PT. B- SCI. & ENG.]., 42 (7), 1982 ( streszczenie ).
-
(w) Meselson Mr. Stahl FW, „ Replikacja DNA w E. coli ” , Proc. Natl. Natl. Acad. Sci. Stany Zjednoczone , vol. 44,1958, s. 671–682 ( PMID 16590258 , PMCID 528642 , DOI 10.1073 / pnas.44.7.671 , Bibcode 1958PNAS ... 44..671M )
-
(w) Radajewski S., McDonald IR, Murrell JC, „ Stabilne izotopowe sondy kwasów nukleinowych: okno do funkcji niehodowanych mikroorganizmów ” , Curr. Opin. Biotechnol , vol. 14,2003, s. 296–302
-
Cupples, AM, EA Shaffer, JC Chee-Sanford i GK Sims. 2007. Gęstość wyporu DNA zmienia się podczas sondowania stabilnego izotopu 15N DNA. Microbiological Res. 162: 328-334.
-
Marsh, KL, GK Sims i RL Mulvaney. 2005. Dostępność mocznika dla autotroficznych bakterii utleniających amoniak w odniesieniu do losu mocznika znakowanego 14C i 15N dodanego do gleby. Biol. Fert. Gleba. 42: 137-145.
-
Bichat, F., GK Sims i RL Mulvaney. 1999. Mikrobiologiczne wykorzystanie azotu heterocyklicznego z atrazyny. Soil Sci. Soc. Am J. 63: 100–110.
-
CRC Handbook of Chemistry and Physics , 64 th edition, 1983/84; strona B-234
-
(en) Uniwersalny wykres nuklidów
- Masa izotopów z:
- (en) G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault, J. Blachot i O. Bersillon, „ The NUBASE assessment of nuclear and decay properties ” , Nuclear Physics A , vol. 729,2003, s. 3–128 ( DOI 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 , Bibcode 2003NuPhA.729 .... 3A , czytaj online [ archiwum23 września 2008] )
- Skład izotopowy i standardowe masy atomowe:
- (en) JR de Laeter, JK Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, HS Peiser, KJR Rosman i PDP Taylor, „ Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) ” , Pure and Applied Chemistry , tom. 75, n o 6,2003, s. 683–800 ( DOI 10.1351 / pac200375060683 , czytaj online )
- (en) ME Wieser, „ Atomic weight of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) ” , Pure and Applied Chemistry , vol. 78 N O 112006, s. 2051–2066 ( DOI 10.1351 / pac200678112051 , podsumowanie , czytaj online )
- Okres półtrwania, spin i dane dotyczące wybranych izomerów z następujących źródeł:
- (en) G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault, J. Blachot i O. Bersillon, „ The NUBASE assessment of nuclear and decay properties ” , Nuclear Physics A , vol. 729,2003, s. 3–128 ( DOI 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 , Bibcode 2003NuPhA.729 .... 3A , czytaj online [ archiwum23 września 2008] )
- (en) National Nuclear Data Center , „ Baza danych NuDat 2.1 ” , Brookhaven National Laboratory (konsultacja we wrześniu 2005 r. )
- (en) NE Holden i DR Lide ( red. ), CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press ,2004, 85 th ed. , 2712 s. ( ISBN 978-0-8493-0485-9 , czytaj online ) , „Tabela izotopów” , sekcja 11
Powiązane artykuły
Bibliografia
- Atwell, L., Hobson, KA i Welch, HE (1998). Biomagnifikacja i bioakumulacja rtęci w arktycznej morskiej sieci pokarmowej: wnioski z analizy stabilnych izotopów azotu . Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 55 (5), 1114-1121.
- Broida, HP i Chapman, MW (1958). Analiza stabilnych izotopów azotu metodą spektroskopii optycznej. Analytical Chemistry, 30 (12), 2049-2055 ( streszczenie ).
- Cabana, G. i Rasmussen, JB (1994). Modelowanie struktury łańcucha pokarmowego i bioakumulacji zanieczyszczeń przy użyciu stabilnych izotopów azotu . Naturę, 372 (6503), 255-257.
- Hansson, S., Hobbie, JE, Elmgren, R., Larsson, U., Fry, B., & Johansson, S. (1997). [Stabilny stosunek izotopów azotu jako marker interakcji sieci pokarmowej i migracji ryb] . Ecology, 78 (7), 2249-2257 ( streszczenie ).
- Hobson, KA, Gloutney, ML i Gibbs, HL (1997). Konserwacja próbek krwi i tkanek do analizy izotopów stabilnego węgla i stabilnego azotu . Canadian Journal of Zoology, 75 (10), 1720-1723 ( streszczenie ).
- Hobson, KA, Alisauskas, RT i Clark, RG (1993). Wzbogacenie stabilnymi izotopami azotu w tkankach ptaków w wyniku postu i stresu żywieniowego: implikacje dla analiz izotopowych diety . Condor, 388–394.
- Kidd, KA, Schindler, DW, Hesslein, RH i Muir, DCG (1995). Korelacja między stabilnymi stosunkami izotopów azotu a stężeniami chlorowanych związków organicznych w faunie i florze ze słodkowodnej sieci pokarmowej . Science of the Total Environment, 160, 381-390 ( streszczenie ).
- Lund, LJ, Horne, AJ i Williams, AE (1999). Szacowanie denitryfikacji na dużym terenie podmokłym przy użyciu stabilnych stosunków izotopów azotu . Ecological Engineering, 14 (1), 67-76 ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925857499000208 streszczenie]).
- Macko, SA, Fogel, ML, Hare, PE i Hoering, TC (1987). Izotopowe frakcjonowanie azotu i węgla w syntezie aminokwasów przez mikroorganizmy . Chemical Geology: Isotope Geoscience sekcja, 65 (1), 79-92.
- Macko, SA (1982). Stabilne stosunki izotopów azotu jako wskaźniki organicznych procesów geochemicznych. Dissertation Abstracts International Part B: Science and Engineering [DISS. ABST. INT. PT. B- SCI. & ENG.]., 42 (7), 1982
- Macko, SA, Estep, MLF, Engel, MH i Hare, PE (1986). Frakcjonowanie kinetyczne stabilnych izotopów azotu podczas transaminacji aminokwasów. Geochimica i Cosmochimica Acta, 50 (10), 2143–2146. ( podsumowanie )
- Macko, SA i Estep, ML (1984). Mikrobiologiczne zmiany stabilnych kompozycji izotopowych azotu i węgla w materii organicznej . Organic Geochemistry, 6, 787–790.
- Nadelhoffer, KJ, & Fry, B. (1994). Badania izotopów azotu w ekosystemach leśnych ; Stabilne izotopy w ekologii i naukach o środowisku. Blackwell, Oxford, 316.
- Schoeninger, MJ, DeNiro, MJ i Tauber, H. (1983). Stabilne proporcje izotopów azotu w kolagenie kostnym odzwierciedlają morskie i lądowe składniki prehistorycznej diety człowieka . Science, 220 (4604), 1381-1383.
- Schoeninger, MJ i DeNiro, MJ (1984). Skład izotopowy azotu i węgla w kolagenie kostnym zwierząt morskich i lądowych . Geochimica and Cosmochimica Acta, 48 (4), 625-639 ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0016703784900917 streszczenie]).
- Vander Zanden, MJ, Cabana, G. i Rasmussen, JB (1997). Porównanie pozycji troficznej ryb słodkowodnych obliczonej na podstawie stabilnych stosunków izotopów azotu (δ15N) i danych z piśmiennictwa żywieniowego . Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 54 (5), 1142-1158.
Okresowego z
izotopami