単核種元素

 一核種および一同位体（19元素）一核種だが放射性の元素が2つ（ビスマスおよびプロトアクチニウム）
  

一核種元素またはモノトピック元素[1]は、地球上で本質的に単一の核種（安定核種である場合もそうでない場合もある）として自然に存在する21 [2]種類 の化学元素の1つです。この単一の核種は特徴的な原子量を持ちます。したがって、元素の天然同位体存在比は、安定しているか非常に長寿命の1つの同位体によって支配されます。最初のカテゴリ（モノアイソトピックとモノ核種の両方）には19種類の元素があり、2番目のカテゴリ（モノアイソトピックだが、安定核種が1つではなく0であるためモノアイソトピックではない）には2種類（ビスマス[a]とプロトアクチニウム）があります。21種類の一核種元素のリストは、この記事の最後にあります。

定義上、安定同位体が1つしか存在しない26種類のモノアイソトピック元素のうち、7種類は、非常に長寿命（原始的）な放射性同位体がかなりの割合で含まれているため、一核種とはみなされません。これらの元素は、バナジウム、ルビジウム、インジウム、ランタン、ユーロピウム、ルテチウム、レニウムです。

計測における使用

多くの計測単位は歴史的に、あるいは現在でも、多くの場合自然界で複数の同位体の混合物として存在する特定の物質の特性を参照して定義されています。たとえば、

ユニット寸法参照物質関連するプロパティ一般的な同位体の数現在の（2022年）状況
2番時間セシウム超微細遷移周波数1現在も使用されており、7つのSI基本単位の1つである[3]
メートル長さクリプトン遷移波長61983年に再定義された[4]
複数温度水融点、沸点、三重点水素2個と酸素3個2019年に再定義[5]または廃止
カロリーと英国熱量単位エネルギー水比熱容量水素2個と酸素3個カロリーはジュールで再定義され、BTUは依然として使用されている。[6]どちらの単位もSI単位の一部ではなく、またSI単位の使用も推奨されていない。
ほくろ物質の量炭素原子質量32019年に再定義[7]
ダルトン質量炭素原子質量3現在でも使用されており、SIの一部ではないものの、SIで使用することが認められている[8]
カンデラ光度白金融点における輝度61979年に再定義された[9]
ミリメートル水銀プレッシャー水銀密度7パスカルに基づいて再定義されており、SIの一部ではなく、SIで使用することも推奨されていません。

異なる自然源から採取されたサンプルは微妙に異なる同位体比を持つことがあるため、関連する特性がサンプル間で異なる場合があります。定義が同位体組成を考慮せずに単に物質に言及している場合、2007 年以前のケルビンで観察されたように、定義にある程度の曖昧さが生じ、異なる研究室による単位の実際の実現にばらつきが生じる可能性があります。 [10]定義が 1 つの同位体のみ (ダルトンの場合のように) または特定の同位体比 (例:ウィーン標準平均海洋水)に言及している場合、曖昧さやばらつきの原因は排除されますが、技術的な困難 (目的の同位体比のサンプルを準備する) と不確実性 (実際の参照サンプルが公称比とどの程度異なるかに関して) が加わります。一核種元素を基準物質として使用することでこれらの問題を回避し、特にSI の最新の反復で参照されている唯一の物質は一核種元素のセシウムです。

一核種元素は、試料中に存在する同位体存在比に関連する不確実性が最小限であるため、原子量を高精度で測定できることからも科学的に重要です。言い換えれば、これらの元素では標準原子量と（同位体）原子質量は同じです。[2]

実際には、標準的な原子量の測定に用いられるのは、アルミニウム、ビスマス、セシウム、コバルト、金、マンガン、リン、スカンジウム、ナトリウム、テルビウム、トリウムの11種類の単核元素のみです。[11]

核磁気共鳴分光法（NMR）において、最も感度の高い3つの安定原子核は、水素1（1 H）、フッ素19（​​ 19 F）、リン31（31 P）です。フッ素とリンはモノアイソトピックであり、水素もほぼモノアイソトピックです。1 H NMR、19 F NMR、および31 P NMRは、これらの元素を含む化合物の同定と研究を可能にします。

不安定な微量同位体による汚染

一部の一核種元素の不安定同位体は、天然試料中に微量に存在します。例えば、半減期138万7000年のベリリウム10（10 Be）は、地球の上層大気圏で宇宙線によって生成されます。半減期1610万年のヨウ素129（129 I）は、様々な宇宙線生成メカニズムや核メカニズムによって生成されます。半減期30.04年のセシウム137（137 Cs）は、核分裂によって生成されます。これらの同位体は、様々な分析および法医学用途に用いられています。

21個の単核元素のリスト

要素最も安定しているZ ( p )N ( n )同位体質量（Da）[12]半減期[13]次に安定しているN ( n )半減期[13]
ベリリウム9ベ459.012 183 06(8)安定した10ベ61.387(12) × 10 6 年
フッ素19階91018.998 403 1621(9)安定した18階9109.734(8)分
ナトリウム23ナ111222.989 769 2820(19)安定した22ナ112.6019(6) 年
アルミニウム27アル131426.981 538 41(5)安定した26アル137.17(24) × 10 5 年
リン31ページ151630.973 761 9977(8)安定した33ページ1825.35(11) d
スカンジウム45 Sc212444.955 907 1(7)安定した46 Sc2583.757(14) d
マンガン55万人253054.938 043 04(28)安定した53百万283.7(4) × 10 6 年
コバルト59 Co273258.933 193 5(4)安定した60 Co335.2714(6) 年
砒素75 As334274.921 594 6(9)安定した73アズ4080.30(6) d
イットリウム89歳395088.905 838 2(4)安定した88歳49106.629(24) d
ニオブ93いいえ415292.906 3732(16)安定した92不明513.47(24) × 10 7 年
ロジウム103ロジウム4558102.905 4941(25)安定した101 Rh574.07(5) 年
ヨウ素127私5374126.904 473(4)安定した129私761.614(12) × 10 7 年
セシウム133セシウム5578132.905 451 959(9)安定した135セシウム801.33(19) × 10 6 年
プラセオジム141 Pr5982140.907 6596(16)安定した143 Pr8413.57(2) d
テルビウム159テラバイト6594158.925 3537(12)安定した158テラバイト93180(11)年
ホルミウム165ホ6798164.930 329 1(8)観測的に安定163ホ964570(25)年
ツリウム169 TM69100168.934 219 0(8)観測的に安定171 TM1021.92(1) 年
金197 Au79118196.966 570 1(6)観測的に安定195 Au116186.01(6) d
ビスマス209ビ83126208.980 3986(15)2.01(8) × 10 19 年210mバイ1273.04(6) × 10 6 年
プロトアクチニウム231パ91140231.035 8825(19)3.265(20) × 10 4 年233パウエル14226.975(13) d

参照

注記

  1. ^ 2003年まで、 209 Biは第一のカテゴリーに属すると考えられていました。その後、その半減期は10の19乗年程度、つまり宇宙の年齢の約10億倍であることが判明しました。ビスマスを参照

参考文献

  1. ^ Housecroft, CE; Sharpe, AG (2012).無機化学（第4版）. Prentice Hall. p. 2. ISBN 978-0273742753。
  2. ^ ab 「モノアイソトピック元素」. CIAAW . 2021. CIAAWでは、モノアイソトピックを一核種と呼ぶ意味で使用し、注記からユーロピウムとレニウムを省略しています。
  3. ^ 「第2回 - BIPM」。
  4. ^ 「メートル - BIPM」。
  5. ^ 「ケルビン - BIPM」。
  6. ^ 「英国熱量単位（Btu） - 米国エネルギー情報局（EIA）」。
  7. ^ 「モル - BIPM」。
  8. ^ “SI パンフレット - 第 9 版”.国際測量局。
  9. ^ 「カンデラ - BIPM」。
  10. ^ 「決議10 - BIPM」。
  11. ^ 計量目的の単核種の IUPAC リスト - これは時代遅れのようで、トリウムももはや単核種とはみなされていません。
  12. ^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  13. ^ ab Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
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