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

Основная статья: 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

1. Открытие этого изотопа не подтверждено.

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.

Примечания

1. Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.
2. Данные приведены по Audi G., Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S. The Nubase2016 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2017. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030001-1—030001-138. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. — Bibcode: 2017ChPhC..41c0001A.
3. "A peculiar atom shakes up assumptions of nuclear structure". Nature. 573 (7773): 167. 6 September 2019. Bibcode:2019Natur.573T.167.. doi:10.1038/d41586-019-02655-9. PMID 31506620.
4. Kostyleva, D.; et al. (2019). "Towards the Limits of Existence of Nuclear Structure: Observation and First Spectroscopy of the Isotope ³¹K by Measuring Its Three-Proton Decay". Physical Review Letters. 123 (9): 092502. arXiv:1905.08154. Bibcode:2019PhRvL.123i2502K. doi:10.1103/PhysRevLett.123.092502. PMID 31524489.
5. Engelkemeir, D. W.; Flynn, K. F.; Glendenin, L. E. (1962). "Positron Emission in the Decay of K40". Physical Review. 126 (5): 1818. Bibcode:1962PhRv..126.1818E. doi:10.1103/PhysRev.126,1818.
6. Neufcourt, L.; Cao, Y.; Nazarewicz, W.; Olsen, E.; Viens, F. (2019). "Neutron drip line in the Ca region from Bayesian model averaging". Physical Review Letters. 122 (6): 062502–1–062502–6. arXiv:1901.07632. Bibcode:2019PhRvL.122f2502N. doi:10.1103/PhysRevLett.122.062502. PMID 30822058.
7. Tarasov, O.B. Production of very neutron rich isotopes: What should we know?  (неопр.) (2017). Дата обращения: 2 февраля 2022. Архивировано 2 февраля 2022 года.