نظائر البوتاسيوم

للبوتاسيوم (K) خمس وعشرون نظيراً معروفاً تتراوح أعداد الكتلة لها بين 32 و 56. هنالك نظيرين مستقرين للبوتاسيوم وهما بوتاسيوم-39 39K وبوتاسيوم-41 41K. يشكل النظير بوتاسيوم-39 93.3% من الوفرة الطبيعية للبوتاسيوم، في حين يشكل النظير بوتاسيوم-41 6.7% من هذه الوفرة. يوجد في الطبيعة نسبة من النظير المشع بوتاسيوم-40 0.012% والذي يتميز بأن له عمر نصف طويل نسبياً.

لباقي نظائر البوتاسيوم المشعة عمر نصف أقل من يوم واحد، وأغلبها دون الدقيقة الواحدة. أقل هذه النظائر المشعة ثباتاً هو النظير بوتاسيوم-33 33K وبوتاسيوم-34 34K اللذين لديهما أعمار نصف أقل من 25 نانو ثانية. مع العلم أن عمر النصف للنظير بوتاسيوم-32 32K غير معروف.

مخطط يظهر تدفق الحرارة الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي للنويدات في الأرض، 40K بالخط الأحمر.

بوتاسيوم-40

يعد النظير بوتاسيوم-40 40K أحد النظائر المشعة للبوتاسيوم والذي لديه عمر نصف طويل مقداره 1.248×109 سنة، أي ما يقارب 1.3 الف مليون سنه. وهو يشكل 120 جزء في المليون من عنصر البوتاسيوم في الطبيعة. يعود عمر النصف الطويل لهذا النظير إلى أن حالة انتقال اللف المغزلي ممنوعة، إذ أن اللف المغزلي للبوتاسيوم-40 يبلغ 4 في حين أن نواتج الاضمحلال هي نظائر لها لف مغزلي 0.

يمثل النظير بوتاسيوم-40 مثالاً نادراً على نظير يخضع لكافة أنواع الاضمحلال من النمط بيتا. في النمط الأول من الاضمحلال والذي يشكل 89.28%، يصدر البوتاسيوم-40 جسيم بيتا β− متحولاً إلى كالسيوم-40 مصدراً طاقة مقدارها 1.33 ميغا إلكترون فولت، بالإضافة إلى إصدار نقيض النيوترينو. في النمط الثاني من الاضمحلال والذي يشكل 10.72%، يتحول البوتاسيوم عن طريق اصطياد إلكترون إلى أرغون-40 بإصدار طاقة مقدارها 1.460 ميغا إلكترون فولت على شكل أشعة غاما بالإضافة إلى إصدار نيوترينو. يعد النمط الثالث من الاضمحلال نادر الحدوث، حيث يشكل 0.001% من زمن اللازم للاضمحلال. في النمط الأخير يتحول بوتاسيوم-40 إلى أرغون-40 بإصدار بوزيترون β+ ونيوترينو.[1]

يشكل الاضمحلال الطبيعي للبوتاسيوم-40 أكبر مصدر للإشعاع في جسم الإنسان والحيوانات، وذلك بشكل أكبر منه الكربون-14 14C. في جسم إنسان يبلغ وزنه 70 كغ يكون محتوى البوتاسيوم حوالي 160 غرام، مما يكافئ اضمحلال حوالي 4900 نواة من بوتاسيوم-40 كل ثانية.[2][3]

يستخدم النظير بوتاسيوم-40 في تحديد عمر الصخوروذلك بطريقة التأريخ بواسطة بوتاسيوم-أرغون. يعتمد مبدأ هذه الطريقة على افتراض عد احتواء الصخور على الآرغون عند تشكلها، وأن الأرغون الناتج عن عملية اضمحلال البوتاسيوم-40 بقي محتجزاً في الصخور. يحسب عمر الصخور بتحديد نسبة تركيز البوتاسيوم-40 إلى الأرغون-40.

جدول النظائر

الرمز Z(ب) N(ن) كتلة النظير (u) عمر النصف نمط
الاضمحلال[4] 		ناتج
الاضمحلال[n 1] 		لف
مغزلي 		تركيب
النظائر
التمثيلي
(كسر مولي)
طاقة التنشيط
32K 19 13 32.02192 p 31Ar 1+#
32mK 950# كيلو إلكترون فولت 4+#
33K 19 14 33.00726 <25 نانو ثانية p 32Ar (3/2+)#
34K 19 15 33.99841 <25 نانو ثانية p 33Ar 1+#
35K 19 16 34.988010 178 ميلي ثانية β+ 99.63% 35Ar 3/2+
β+, p 0.37% 34Cl
36K 19 17 35.981292 342 ميلي ثانية β+ 99.94% 36Ar 2+
β+, p 0.048% 35Cl
β+, α 0.012% 32S
37K 19 18 36.97337589 1.226 ثانية β+ 37Ar 3/2+
38K 19 19 37.9690812 7.636 دقيقة β+ 38Ar 3+
38m1K 130.50 كيلو إلكترون فولت 924.2 ميلي ثانية 0+
38m2K 3458.0 كيلو إلكترون فولت 21.98 ميكرو ثانية (7+),(5+)
39K 19 20 38.96370668 مستقر 3/2+ 0.932581
40K [n 2] 19 21 39.96399848 1.248×109 سنة β- 89.28% 40Ca 4- 1.17×10−4
EC 10.72% 40Ar
β+ 0.001%[5]
40mK 1643.639 كيلو إلكترون فولت 336 نانو ثانية 0+
41K 19 22 40.96182576 مستقر 3/2+ 0.067302
42K 19 23 41.96240281 12.360 ساعة β- 42Ca 2-
43K 19 24 42.960716 22.3 ساعة β- 43Ca 3/2+
44K 19 25 43.96156 22.13 دقيقة β- 44Ca 2-
45K 19 26 44.960699 17.3 دقيقة β- 45Ca 3/2+
46K 19 27 45.961977 105 ثانية β- 46Ca 2(-)
47K 19 28 46.961678 17.50 ثانية β- 47Ca 1/2+
48K 19 29 47.965514 6.8 ثانية β- 98.86% 48Ca (2-)
β-, n 1.14% 47Ca
49K 19 30 48.96745 1.26 ثانية β-, n 86% 48Ca (3/2+)
β- 14% 49Ca
50K 19 31 49.97278 472 ميلي ثانية β- 71% 50Ca (0-,1,2-)
β-, n 29% 49Ca
51K 19 32 50.97638 365 ميلي ثانية β- 53% 51Ca 3/2+#
β-, n 47% 50Ca
52K 19 33 51.98261 105 ميلي ثانية β-, n 64% 51Ca (2-)#
β-, 2n 21% 50Ca
β- 15% 52Ca
53K 19 34 52.98712 30 ميلي ثانية β-, n 67% 52Ca (3/2+)#
β-, 2n 17% 51Ca
β- 16% 53Ca
54K 19 35 53.99420 10 ميلي ثانية β- >99.9% 54Ca 2-#
β-, n <0.1% 53Ca
55K 19 36 54.99971 3 ميلي ثانية β- 55Ca 3/2+#
β-, n 54Ca
  1. ^ النظائر المستقرة بالخط الغليظ، والنظائر شبه المستقرة بالخط الغليظ المائل
  2. ^ يعد من النظائر شبة المستقرة لأن نصف العمر له طويل نسبياً. يستخدم في التأريخ بواسطة بوتاسيوم-أرغون

المصادر

  • كتل النظائر من:
    • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties" (PDF). Nuclear Physics A. ج. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-08-12.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  • تركيب النظائر والكتل الذرية القياسية من:
  • بيانات أعمار النصف واللف المغزلي والمتماكبات منتقاة من:

المراجع

  1. ^ Engelkemeir، DW (1962). "Positron Emission in the Decay of K40". Physical Review. ج. 126 ع. 5: 1818. Bibcode:1962PhRv..126.1818E. DOI:10.1103/PhysRev.126.1818. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط author-name-list parameters تكرر أكثر من مرة (مساعدة)
  2. ^ "Radioactive Human Body". مؤرشف من الأصل في 2011-04-26. اطلع عليه بتاريخ 2011-05-18.
  3. ^ Supian Bin Samat et al (1997), activity of one gram of potassium, Phys. Med. Biol. volume 42 page 407, دُوِي:10.1088/0031-9155/42/2/012 [وصلة مكسورة] "نسخة مؤرشفة". مؤرشف من الأصل في 2020-05-03. اطلع عليه بتاريخ 2020-05-11.{{استشهاد ويب}}: صيانة الاستشهاد: BOT: original URL status unknown (link)
  4. ^ Universal Nuclide Chart نسخة محفوظة 19 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.
  5. ^ Engelkemeir، D.W.؛ Flynn، K.F.؛ Glendenin، L.E. (1962). "Positron Emission in the Decay of K40". Physical Review. ج. 126 ع. 5: 1818. Bibcode:1962PhRv..126.1818E. DOI:10.1103/PhysRev.126.1818. مؤرشف من الأصل في 2019-12-15.