Isótopos de nitrogênio

O nitrogênio ( N ) possui 16 isótopos conhecidos de número de massa variando de 10 a 25, e um isômero nuclear , 11m N. Dois deles são estáveis e presentes na natureza, nitrogênio-14 ( 14 N) e nitrogênio 15 ( 15 N) , o primeiro representando quase todo o nitrogênio presente (99,64%). Eles são amplamente utilizados para estudos isotópicos, em particular do ciclo do nitrogênio e teias alimentares.

O nitrogênio é atribuído a uma massa atômica padrão de 14,0067 u .

Todos os seus radioisótopos têm meia-vida curta, com nitrogênio-13 ( 13 N) tendo a meia-vida mais longa, 9,965 minutos, todos os outros tendo uma meia-vida de menos de 7,15 segundos, e a maioria entre eles menos de 625 ms .

Os isótopos que são mais leves do que os isótopos estáveis geralmente decaem em isótopos de carbono , por emissão de prótons ou emissão de pósitrons (β + ) e os mais pesados por β - decaem em isótopos de oxigênio .

Nitrogênio natural

O nitrogênio natural é composto de dois isótopos estáveis 14 N e 15 N, sendo o último muito menor.

Isótopo	Abundância (porcentagem molar)	Gama de variações
14 N	99,636 (20)%	99,579- 99,654
15 N	0,364 (20)%	0,346 - 0,421

Nitrogênio 13

O nitrogênio-13 ( 13 N ) é o isótopo do nitrogênio cujo núcleo consiste em 7 prótons e 6 nêutrons. É um radioisótopo, em particular resultante da transmutação radioativa do oxigênio 13 , que é transformado em carbono 13 pela emissão de pósitrons , por isso é utilizado na tomografia por emissão de pósitrons .

Nitrogênio 14

O nitrogênio-14 ( 14 N ) é o isótopo do nitrogênio cujo núcleo consiste em sete prótons e sete nêutrons. É um dos dois isótopos estáveis de nitrogênio e representa 99,636% do nitrogênio presente na Terra.

O nitrogênio-14 é um dos poucos isótopos estáveis com um número ímpar de prótons e nêutrons. Cada spin nuclear contribuindo para mais ou menos 1/2, resultando em um momento magnético de spin total de 1.

Como todos os elementos mais pesados que o boro , acredita-se que a fonte original de 14 N (e 15 N) no Universo seja a nucleossíntese estelar , onde é produzido durante o ciclo CNO .

O nitrogênio-14 é a fonte do carbono-14 natural: certas radiações cósmicas causam uma reação nuclear com 14 N na alta atmosfera, criando 14 C. Este radioisótopo então decai novamente em nitrogênio-14 com meia-vida de cerca de 5.730 anos. .

Nitrogênio 15

O nitrogênio-15 ( 15 N ) é o isótopo do nitrogênio cujo núcleo consiste em 7 prótons e 8 nêutrons. É o segundo dos dois isótopos estáveis de nitrogênio e representa 0,364% do nitrogênio presente na Terra. Ele está envolvido no ciclo CNO, que é o processo que fornece a maior parte da energia das estrelas com maior massa do que o sol.

Este isótopo é freqüentemente usado em pesquisas agrícolas e médicas , por exemplo, no experimento Meselson-Stahl , para estabelecer a natureza da replicação do DNA . Uma extensão desta pesquisa resultou no desenvolvimento de um método de sonda de isótopos estáveis baseado em DNA que permite a observação das ligações entre as funções metabólicas e a identidade taxonômica de microrganismos no ambiente, sem a necessidade de isolar a cultura. O nitrogênio-15 é amplamente utilizado para rastrear minerais compostos de nitrogênio (especialmente fertilizantes ) e, quando usado em combinação com outros marcadores isotópicos, é um marcador muito importante para descrever a evolução de poluentes.

O nitrogênio-15 é frequentemente usado em espectroscopia de NMR , porque ao contrário do nitrogênio-14 abundante que tem um spin inteiro e, portanto, um momento quadrupolo, 15 N tem um spin de 1/2 - , o que oferece vantagens em NMR, como espessura de linha mais fina . As proteínas podem ser marcadas isotopicamente na cultura em um meio contendo 15 N como a única fonte de nitrogênio. O nitrogênio 15 também pode ser usado para marcar as proteínas em quantitativos proteômicos ( SILAC (en) ).

Além disso, a razão 15 N / 14 N em um organismo pode dar pistas sobre sua dieta, um movimento ascendente na cadeia alimentar tendendo a concentrar o isótopo 15 N, de 3 para 4 ‰ em cada estágio da cadeia alimentar.

O nitrogênio 15 pode ser produzido a partir de duas fontes, a emissão de pósitrons do oxigênio 15 e por β - decaimento do carbono 15 .

Nitrogênio 16

O nitrogênio 16 ( 16 N ) é o isótopo instável do nitrogênio cujo núcleo consiste em 7 prótons e 9 nêutrons. Seu período é de 7,13 s. Ele decai em oxigênio 16 emitindo um elétron e um raio gama especialmente energético (10,419 MeV ). É formado em particular no coração dos reatores de água pela ativação do oxigênio na água pelo rápido fluxo de nêutrons . O nitrogênio gama é o principal 16 adjacente à fonte de radiação do sistema primário de reatores de água . Devido ao período muito curto de seu emissor, essa radiação desaparece logo nos primeiros momentos após o desligamento do reator.

Símbolo
isotópico Z ( p ) N ( n ) massa isotópica (u) Meia vida Modo (s) de
deterioração Isótopo (s)
filho
Rodar
nuclear

Energia de excitação
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) × 10 −24 s
[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) Estábulo 1+
15 N 7 8 15.0001088982 (7) Estábulo 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 não 23 N
25 N 7 18 25,06066 (54) # <260 ns 1/2− #

Além de azoto 14, os outros quatro átomos estáveis com números ímpares de protões e os neutrões são deutério , lítio 6 , boro 10 e 180m tântalo .

Isótopos estáveis na gordura.

Decompõe-se imediatamente em duas partículas α, para uma reação clara: 12 N → 3 4 He + e +

Usado na tomografia por emissão de pósitrons .

Símbolo isotópico	Z ( p )	N ( n )	massa isotópica (u)	Meia vida	Modo (s) de deterioração	Isótopo (s) filho	Rodar nuclear
Energia de excitação
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) × 10 −24 s [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)	Estábulo	1+
15 N	7	8	15.0001088982 (7)	Estábulo	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	não	23 N
25 N	7	18	25,06066 (54) #	<260 ns			1/2− #

Observações

A precisão da abundância isotópica e da massa atômica é limitada por variações. As faixas de variação fornecidas são normalmente válidas para todo o material terrestre normal.
Os valores marcados com # não são derivados puramente de dados experimentais, mas também, pelo menos em parte, de tendências sistemáticas. Os giros cuja determinação é incerta estão entre parênteses.
As incertezas são dadas concisamente entre parênteses após a casa decimal correspondente. Os valores de incerteza denotam um desvio padrão, com exceção da composição isotópica e da massa atômica padrão IUPAC que usa incertezas expandidas.

Notas e referências

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(fr) Este artigo foi retirado parcial ou totalmente do artigo da Wikipedia em inglês intitulado " Isotopes of nitrogênio " ( ver a lista de autores ) .

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