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元素的同位素

每种元素都有若干种“同位素”,它们之间只有中子数不同。本表统计了 118 种元素的 3,383 种已知同位素(其中 244 种稳定),并列出每种元素最常见的同位素和寿命最长的放射性同位素。

3,383

已知同位素

244

稳定同位素

38

没有稳定同位素的元素

各元素的同位素

序号元素已知同位素稳定同位素最常见的同位素寿命最长的放射性同位素
1氢 (H)72H-1 99.99%H-3 12.32 y
2氦 (He)82He-4 100%He-6 807 ms
3锂 (Li)92Li-7 95.15%Li-8 840 ms
4铍 (Be)111Be-9 100%Be-10 1.51 My
5硼 (B)152B-11 80.35%B-8 770 ms
6碳 (C)142C-12 98.94%C-14 5.7 ky
7氮 (N)152N-14 99.62%N-13 9.97 min
8氧 (O)163O-16 99.76%O-15 2.04 min
9氟 (F)191F-19 100%F-18 1.83 h
10氖 (Ne)203Ne-20 90.48%Ne-24 3.38 min
11钠 (Na)211Na-23 100%Na-22 2.6 y
12镁 (Mg)233Mg-24 78.97%Mg-28 20.92 h
13铝 (Al)231Al-27 100%Al-26 717 ky
14硅 (Si)233Si-28 92.25%Si-32 157 y
15磷 (P)221P-31 100%P-33 25.35 d
16硫 (S)224S-32 94.85%S-35 87.37 d
17氯 (Cl)242Cl-35 75.8%Cl-36 301 ky
18氩 (Ar)243Ar-40 99.6%Ar-39 268 y
19钾 (K)252K-39 93.26%K-40 1.25 Gy
20钙 (Ca)255Ca-40 96.94%Ca-48 2.9×10¹⁹ y
21钪 (Sc)231Sc-45 100%Sc-46 83.79 d
22钛 (Ti)275Ti-48 73.72%Ti-44 59.1 y
23钒 (V)261V-51 99.75%V-50 2.6×10¹⁷ y
24铬 (Cr)293Cr-52 83.79%Cr-50 1.3×10¹⁸ y
25锰 (Mn)291Mn-55 100%Mn-53 3.7 My
26铁 (Fe)324Fe-56 91.75%Fe-60 2.62 My
27钴 (Co)301Co-59 100%Co-60 5.27 y
28镍 (Ni)355Ni-58 68.08%Ni-59 76 ky
29铜 (Cu)312Cu-63 69.15%Cu-67 2.58 d
30锌 (Zn)324Zn-64 49.17%Zn-70 3.8×10¹⁸ y
31镓 (Ga)292Ga-69 60.11%Ga-67 3.26 d
32锗 (Ge)325Ge-74 36.52%Ge-68 271 d
33砷 (As)301As-75 100%As-73 80.3 d
34硒 (Se)335Se-80 49.8%Se-82 9.6×10¹⁹ y
35溴 (Br)332Br-79 50.65%Br-77 2.38 d
36氪 (Kr)366Kr-84 56.99%Kr-81 229 ky
37铷 (Rb)351Rb-85 72.17%Rb-87 49.7 Gy
38锶 (Sr)364Sr-88 82.58%Sr-90 28.91 y
39钇 (Y)361Y-89 100%Y-88 107 d
40锆 (Zr)384Zr-90 51.45%Zr-96 2×10¹⁹ y
41铌 (Nb)371Nb-93 100%Nb-92 34.7 My
42钼 (Mo)396Mo-98 24.29%Mo-100 7×10¹⁸ y
43锝 (Tc)380—Tc-97 4.21 My
44钌 (Ru)417Ru-102 31.55%Ru-106 1.02 y
45铑 (Rh)401Rh-103 100%Rh-101 3.3 y
46钯 (Pd)426Pd-106 27.33%Pd-107 6.5 My
47银 (Ag)412Ag-107 51.84%Ag-105 41.29 d
48镉 (Cd)416Cd-114 28.75%Cd-116 3.3×10¹⁹ y
49铟 (In)421In-115 95.72%In-115 4.4×10¹⁴ y
50锡 (Sn)4210Sn-120 32.58%Sn-126 218 ky
51锑 (Sb)402Sb-121 57.21%Sb-125 2.76 y
52碲 (Te)425Te-130 34.08%Te-128 7.7×10²⁴ y
53碘 (I)401I-127 100%I-129 15.7 My
54氙 (Xe)436Xe-132 26.91%Xe-134 5.8×10²² y
55铯 (Cs)411Cs-133 100%Cs-135 2.3 My
56钡 (Ba)416Ba-138 71.7%Ba-132 3×10²¹ y
57镧 (La)391La-139 99.91%La-138 103 Gy
58铈 (Ce)382Ce-140 88.45%Ce-142 5×10¹⁶ y
59镨 (Pr)391Pr-141 100%Pr-143 13.57 d
60钕 (Nd)395Nd-142 27.15%Nd-150 9.1×10¹⁸ y
61钷 (Pm)380—Pm-145 17.7 y
62钐 (Sm)405Sm-152 26.74%Sm-148 7×10¹⁵ y
63铕 (Eu)391Eu-153 52.19%Eu-151 1.7×10¹⁸ y
64钆 (Gd)396Gd-158 24.84%Gd-152 1.1×10¹⁴ y
65铽 (Tb)381Tb-159 100%Tb-158 180 y
66镝 (Dy)387Dy-164 28.26%Dy-154 3 My
67钬 (Ho)391Ho-165 100%Ho-163 4.57 ky
68铒 (Er)386Er-166 33.5%Er-169 9.39 d
69铥 (Tm)381Tm-169 100%Tm-171 1.92 y
70镱 (Yb)377Yb-174 32.03%Yb-169 32.02 d
71镥 (Lu)401Lu-175 97.4%Lu-176 37.6 Gy
72铪 (Hf)395Hf-180 35.08%Hf-174 2×10¹⁵ y
73钽 (Ta)401Ta-181 99.99%Ta-179 1.82 y
74钨 (W)413W-184 30.64%W-183 6.7×10²⁰ y
75铼 (Re)411Re-187 62.6%Re-187 43.3 Gy
76锇 (Os)435Os-192 40.78%Os-186 2×10¹⁵ y
77铱 (Ir)422Ir-193 62.7%Ir-192 73.83 d
78铂 (Pt)445Pt-195 33.78%Pt-190 497 Gy
79金 (Au)411Au-197 100%Au-195 186 d
80汞 (Hg)477Hg-202 29.74%Hg-194 447 y
81铊 (Tl)422Tl-205 70.49%Tl-204 3.78 y
82铅 (Pb)433Pb-208 52.4%Pb-204 1.4×10¹⁷ y
83铋 (Bi)410Bi-209 100%Bi-209 2×10¹⁹ y
84钋 (Po)420—Po-209 124 y
85砹 (At)390—At-210 8.1 h
86氡 (Rn)390—Rn-222 3.82 d
87钫 (Fr)370—Fr-223 22 min
88镭 (Ra)340—Ra-226 1.6 ky
89锕 (Ac)320—Ac-227 21.77 y
90钍 (Th)320Th-232 99.98%Th-232 14 Gy
91镤 (Pa)290Pa-231 100%Pa-231 32.57 ky
92铀 (U)400U-238 99.27%U-238 4.47 Gy
93镎 (Np)250—Np-237 2.14 My
94钚 (Pu)200—Pu-244 81.3 My
95镅 (Am)200—Am-243 7.36 ky
96锔 (Cm)190—Cm-247 15.6 My
97锫 (Bk)180—Bk-247 1.38 ky
98锎 (Cf)210—Cf-251 898 y
99锿 (Es)180—Es-252 1.29 y
100镄 (Fm)190—Fm-257 101 d
101钔 (Md)170—Md-258 51.5 d
102锘 (No)140—No-259 58 min
103铹 (Lr)130—Lr-266 11 h
104𬬻 (Rf)130—Rf-267 1.3 h
105𬭊 (Db)130—Db-268 1.17 d
106𬭳 (Sg)120—Sg-269 2.17 min
107𬭛 (Bh)130—Bh-278 19 min
108𬭶 (Hs)130—Hs-278 19 min
109鿏 (Mt)90—Mt-282 1.1 min
110𫟼 (Ds)100—Ds-282 1.1 min
111𬬭 (Rg)80—Rg-286 11 min
112鿔 (Cn)70—Cn-286 11 min
113鿭 (Nh)70—Nh-286 9.5 s
114𫓧 (Fl)70—Fl-290 19 s
115镆 (Mc)40—Mc-290 650 ms
116𫟷 (Lv)50—Lv-293 95 ms
117鿬 (Ts)20—Ts-294 51 ms
118鿫 (Og)10—Og-294 580 µs

半衰期单位:y 年(ky 千年、My 百万年、Gy 十亿年)、d 天、h 小时、min 分钟、s 秒。短横线表示该元素没有已测得天然丰度的同位素。数据:IAEA Live Chart of Nuclides。

什么是同位素?

同一种元素的原子质子数总是相同,但中子数可以不同。每一种这样的原子就是一种同位素。碳-12 有 6 个质子和 6 个中子,碳-14 则有 6 个质子和 8 个中子。名称后面的数字是质量数,即质子数与中子数之和。同一元素的同位素在化学反应中的表现几乎相同,但质量和原子核的稳定性不同。

稳定同位素与放射性同位素

稳定同位素从未被观测到发生衰变。稳定同位素共有 244 种,有 38 种元素完全没有稳定同位素:锝、钷以及从铋开始的所有元素。锡的稳定同位素最多,有 10 种。其余的同位素都具有放射性:它们的原子核会放出粒子或辐射,转变为其他原子核。

半衰期

半衰期是放射性同位素样品衰变掉一半所需的时间。它短的远不到一秒,长的远超宇宙的年龄。铋-209 衰变极其缓慢,直到 2003 年人们还认为它是稳定的。

天然丰度与原子量

大多数元素在自然界中以固定比例的同位素混合物存在。每种同位素所占的比例就是它的天然丰度,元素周期表上的原子量是各同位素质量按丰度加权的平均值。氯约有 76% 是氯-35,24% 是氯-37,因此它的原子量约为 35.45。

交互式元素周期表的“同位素”视图可以展开任意元素的全部同位素,并显示半衰期、衰变方式和丰度。

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关于同位素的问题

一共有多少种同位素?

本表收录了 118 种元素的 3,383 种已知同位素,其中 244 种是稳定的。粒子加速器中仍在不断制造出新的短寿命同位素。

哪种元素的稳定同位素最多?

锡,有 10 种稳定同位素。

哪些元素没有稳定同位素?

锝、钷,以及从铋(83)到 Og(118)的所有元素,共 38 种。

同一元素的同位素化学性质不同吗?

几乎没有差别。化学行为取决于电子,而同一元素的所有同位素电子数相同。它们的差别在于质量和原子核的稳定性,质量差异对氢这样最轻的元素影响最明显。