Isòtops del ferro

El ferro (Fe) natural es compon de quatre isòtops: 5.845% de ⁵⁴Fe radioactiu (període de semidesintegració: >3.1×10²² anys), 91.754% de ⁵⁶Fe estable, 2.119% de ⁵⁷Fe estable i 0.282% de ⁵⁸Fe estable. El ⁶⁰Fe és un radioisòtop extint amb un període de semidesintegració llarguíssim (2.6 milions d'anys).

La majoria dels treballs, fins recentment, sobre la mesura de la composició isotòpica del ferro s'havien centrat a determinar les variacions de ⁶⁰Fe degudes a processos lligats a la nucleosíntesi (per exemple, estudis sobre els meteorits) i formació de mena. En la darrera dècada, això no obstant, els avenços en la tecnologia de l'espectrometria de masses han permès la detecció i quantificació de variacions naturals en les ràtis dels isòtops estables del ferro de minuts. La major part d'aquest treball ha estat conduït per les comunitats de ciències de la terra i de ciències planetàries, encara que han començat a emergir aplicacions en sistemes industrials i biològics.^[1]

L'isòtop ⁵⁶Fe presenta un particular interès per al científics. Una concepció errònia comuna és que aquest isòtop prespresenta el nucli més estable possible, i que per tant seria impossible du a terme fissió o fusió amb ⁵⁶Fe i tot i així alliberar energia. Això no és pas correcte, ja que ambdós el ⁶²Ni i el ⁵⁸Fe són molt estables, essent els nuclis més estables. Això no obstant, com el ⁵⁶Fe es pot produir molt més fàcilment a partir de nuclis menys pesants en reaccions nuclears, és el punt final de cadenes de fusió dins d'estels extremadament massius i per tant, comú a l'univers, en relació a altres metalls.

L'isòtop ⁵⁷Fe s'usa àmpliament en l'espectroscòpia Mossbauer degut a la baixa variació natural en energia de 14.4keV de transició atòmica.^[2]

En fases dels meteorits Semarkona i Chervony Kut es pot trobar una correlació entre la concentració de ⁶⁰Ni, el producte de desintegració del ⁶⁰Fe, i l'abundància dels isòtops de ferro estables, la qual cosa evidencia l'existència de ⁶⁰Fe en els temps de la formació del sistema solar. Possiblement l'energia alliberada per la desintegració del ⁶⁰Fe va contribuir, juntament amb l'energia alliberada per la desintegració del radionúclid ²⁶Al, a la refusió i diferenciació d'asteroides després de la seva formació fa 4600 milions d'anys. L'abundància del ⁶⁰Ni present a material extraterrestre pot proporcionar més proves sobre l'origen del sistema solar en la seva història primerenca.

Massa atòmica estàndard: 55.845(2) u

Taula

Símbol del núclid	Z(p)	N(n)	massa isotòpica(u)	període de semidesintegració	Espín nuclear	composició isotòpics representativa (fracció molar)	rang de variació natural (fracció molar)
	energia d'excitació
45Fe	26	19	45.01458(24)#	4.9(15) ms [3.8(+20-8) ms]	3/2+#
46Fe	26	20	46.00081(38)#	9(4) ms [12(+4-3) ms]	0+
47Fe	26	21	46.99289(28)#	21.8(7) ms	7/2-#
48Fe	26	22	47.98050(8)#	44(7) ms	0+
49Fe	26	23	48.97361(16)#	70(3) ms	(7/2-)
50Fe	26	24	49.96299(6)	155(11) ms	0+
51Fe	26	25	50.956820(16)	305(5) ms	5/2-
52Fe	26	26	51.948114(7)	8.275(8) h	0+
52mFe	6.81(13) MeV			45.9(6) s	(12+)#
53Fe	26	27	52.9453079(19)	8.51(2) min	7/2-
53mFe	3040.4(3) keV			2.526(24) min	19/2-
54Fe	26	28	53.9396105(7)	ESTABLE [>3.1E+22 a]	0+	0.05845(35)	0.05837-0.05861
54mFe	6526.9(6) keV			364(7) ns	10+
55Fe	26	29	54.9382934(7)	2.737(11) a	3/2-
56Fe	26	30	55.9349375(7)	ESTABLE	0+	0.91754(36)	0.91742-0.91760
57Fe	26	31	56.9353940(7)	ESTABLE	1/2-	0.02119(10)	0.02116-0.02121
58Fe	26	32	57.9332756(8)	ESTABLE	0+	0.00282(4)	0.00281-0.00282
59Fe	26	33	58.9348755(8)	44.495(9) d	3/2-
60Fe	26	34	59.934072(4)	2.6E+6 a	0+
61Fe	26	35	60.936745(21)	5.98(6) min	3/2-,5/2-
61mFe	861(3) keV			250(10) ns	9/2+#
62Fe	26	36	61.936767(16)	68(2) s	0+
63Fe	26	37	62.94037(18)	6.1(6) s	(5/2)-
64Fe	26	38	63.9412(3)	2.0(2) s	0+
65Fe	26	39	64.94538(26)	1.3(3) s	1/2-#
65mFe	364(3) keV			430(130) ns	(5/2-)
66Fe	26	40	65.94678(32)	440(40) ms	0+
67Fe	26	41	66.95095(45)	394(9) ms	1/2-#
67mFe	367(3) keV			64(17) µs	(5/2-)
68Fe	26	42	67.95370(75)	187(6) ms	0+
69Fe	26	43	68.95878(54)#	109(9) ms	1/2-#
70Fe	26	44	69.96146(64)#	94(17) ms	0+
71Fe	26	45	70.96672(86)#	30# ms [>300 ns]	7/2+#
72Fe	26	46	71.96962(86)#	10# ms [>300 ns]	0+

Vegeu també

J.M. Nielsen, "The Radiochemistry of Iron", National Academy of Sciences--National Research Council, 1960

Notes

• Els valors marcats amb # no procedeixen totalment de dades experimentals, però almenys una part són sistemàtiques.. Els espins amb assignacions febles estan entre parèntesis.
• Les incerteses es donen entre parèntesis després dels últims dígits corresponents. Els valors de les incerteses denota una desviació de l'estàndard, excepte en la composició isotòpica i la massa atòmica de la IUPAC que usen incerteses expandides.

Referències

• Masses isotòpiques de Ame2003 Atomic Mass Evaluation Arxivat 2008-09-23 a Wayback Machine. by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
• Les composicions i les masses atòmiques estàndard de Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) Arxivat 2008-03-05 a Wayback Machine..
• Dades sobre període de semidesintegració, espín i isòmers provenen de les següents fonts.
  • Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  • National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
  • David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.

1. Dauphas, N. & Rouxel, O. 2006. Mass spectrometry and natural variations of iron isotopes. Mass Spectrometry Reviews, 25, 515-550
2. Carl R. Nave. «Mossbauer Effect in Iron-57». Georgia State University. [Consulta: 13 octubre 2009].

Index de pàgines d'isòtops · Taula de núclids
Isòtop més lleuger	Isòtop actual	Isòtop més pesant
Isòtops del manganès	Isòtops del ferro	Isòtops del cobalt