نظائر النيتروجين

للنيتروجين (N) نظيرين مستقرين هما نيتروجين-14 ونيتروجين-15. يعد النظير نيتروجين-14 هو النظير الأكثر وفرة طبيعية من بين نظائر النيتروجين. يوجد هنالك أربع عشر نظيراً مشعاً للنيتروجين تتراوح كتلتها الذرية من 10 إلى 25 بالإضافة إلى متماكب نووي واحد وهو ^11mN. إن كل النظائر المشعة للنيتروجين قصيرة العمر، حيث أن أطول عمر نصف لها هو نيتروجين-13 ويبلغ 9.965 دقيقة، أما باقي النظائر المشعة فعمر النصف لها أقل من 7.15 ثانية.

إن أغلب نظائر النيتروجين المشعة التي لها عدد كتلة أقل من 14 تتضمحل إلى نظائر الكربون الموافقة، في حين أن أغلب النظائر التي لها عدد كتلة أكبر من 15 تتضمحل إلى نظائر الأكسجين الموافقة.

نيتروجين-13

يعد النظير نيتروجين–13 ¹³N أحد نظائر النيتروجين المشعة. ويتشكل وفق ما يلي:

H¹ + O¹⁶ → N¹³ + He⁴

يتم تعجيل البروتون إلى طاقة 5.55 ميغا إلكترون فولت في تفاعل غير ماص (طارد للحرارة) لإحداث تفاعل نووي

thumbnail.

يلعب نيتروجين-13 دورا هاما في دورة CNO، ويعتبر مصدر للطاقة في النجوم الأثقل من الشمس.

¹²C + ¹H → ¹³N + γ + 1.95 MeV

¹³N → ¹³C + e⁺ + ν_e + 2.22 MeV

¹³C + ¹H → ¹⁴N + γ + 7.54 MeV

¹⁴N + ¹H → ¹⁵O + γ + 7.35 MeV

¹⁵O → ¹⁵N + e⁺ + ν_e + 2.75 MeV

¹⁵N + ¹H → ¹²C + ⁴He + 4.96 MeV

النظائر الطبيعية

نيتروجين-14

يعد النظير نيتروجين-14 واحداً من بين نظيرين مستقرين للنيتروجين، وهو يشكل أكثر من 99.636% من تركيب النيتروجين في الطبيعة. يتكون النظير نيتروجين-14 من سبعة بروتونات وسبعة نيوترونات، وبذلك يعد من واحداً من النويدات المستقرة القليلة التي لها عدد فردي من البروتونات والنيوترونات. بناء على ذلك فإن اللف المغزلي لنواة النظير نيتروجين-14 له قيمة إجمالية مقدارها واحد.

ككل العناصر الأثقل من الليثيوم، يعتقد أن منشأ النظيرين ¹⁴N و ¹⁵N في الكون هو الاصطناع النووي النجمي، حيث نتجت كجزء من دورة كربون-نيتروجين-أكسجين.

يعد النظير نيتروجين-14 المصدر الطبيعي للكربون-14 والذي لديه عمر نصف 5730 سنة.

نيتروجين-15

إن النظير نيتروجين-15 هو أحد النظائر المستقرة والنادرة للنيتروجين. يستخدم بشكل أساسي في مجال الأبحاث الزراعية والطبية. على سبيل المثال، يستخدم في تجربة ميسلسون-ستال (Meselson–Stahl experiment) لمعرفة طبيعة تنسخ الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين. كمثال آخر، يستخدم النظير نيتروجين-15 في تتبع مركبات النيتروجين في البيئة الداخلة في تركيب الملوثات العضوية (الأسمدة مثلاً).

يستخدم نيتروجين-15 في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي، لأنه عكس النظير الشائع نيتروجين-14، الذي لديه قيمة عدد صحيح من اللف المغزلي وبالتالي عزم رباعي أقطاب، فإن النظير نيتروجين-15 له لف مغزلي قيمته النصف 1/2، مما يمنح عرض أقل للطف مما يزيد من الدقة. من التطبيقات الأخرى هو الاستخدام في مجال مطيافية الكتلة لدراسة بنية البروتينات، حيث يجري وسمها لمعرفة بنيتها، وهو مجال دراسة علم البروتيوميات.

بالإضافة إلى ذلك فإن نسبة نظيري النيتروجين ¹⁵N/¹⁴N إلى بعضهما في متعضية يشير إلى النظام الغذائي لها.

جدول النظائر

الرمز	Z(ب)	N(ن)	كتلة النظير (u)	عمر النصف	نمط الاضمحلال	ناتج الاضمحلال	لف مغزلي	تركيب النظائر التمثيلي (كسر مولي)	مجال التفاوت الطبيعي (كسر مولي)
طاقة التنشيط
10N	7	3	10.04165	200×10−24 s [2.3 ميغا إلكترون فولت]	اضمحلال بروتوني	9C	(2−)
11N	7	4	11.02609	590×10−24 s [1.58 ميغا إلكترون فولت]	p	10C	1/2+
11mN	740 كيلو إلكترون فولت			6.90×10−22 ثانية			1/2−
12N	7	5	12.0186132	11.000 ميلي ثانية	β+ 96.5%	12C	1+
					β+, α 3.5%	8Be
13N	7	6	13.00573861	9.965 دقيقة	β+	13C	1/2−
14N	7	7	14.0030740048	مستقر			1+	0.99636	0.99579– 0.99654
15N	7	8	15.0001088982	مستقر			1/2−	0.00364	0.00346– 0.00421
16N	7	9	16.0061017	7.13 ثانية	β− 99.99%	16O	2−
					β−, α 0.001%	12C
17N	7	10	17.008450	4.173 ثانية	β−, n 95.0%	16O	1/2−
					β− 4.99%	17O
					β−, α 0.0025%	13C
18N	7	11	18.014079	622 ميلي ثانية	β− 76.9%	18O	1−
					β−, α 12.2%	14C
					β−, n 10.9%	17O
19N	7	12	19.017029	271 ميلي ثانية	β−, n 54.6%	18O	(1/2−)
					β− 45.4%	19O
20N	7	13	20.02337	130 ميلي ثانية	β−, n 56.99%	19O
					β− 43.00%	20O
21N	7	14	21.02711	87 ميلي ثانية	β−, n 80.0%	20O	1/2−#
					β− 20.0%	21O
22N	7	15	22.03439	13.9 ميلي ثانية	β− 65.0%	22O
					β−, n 35.0%	21O
23N	7	16	23.04122	14.5 ميلي ثانية	β−	23O	1/2−#
24N	7	17	24.05104	<52 نانو ثانية	n	23N
25N	7	18	25.06066	<260 نانو ثانية			1/2−#

انظر أيضًا

• النظائر المشعة
• دورة الكربون

مصادر

• Isotope masses from:
  • 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. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2021-04-20.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
• Isotopic compositions and standard atomic masses from:
  • J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). "Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. ج. 75 ع. 6: 683–800. DOI:10.1351/pac200375060683. مؤرشف من الأصل في 2019-01-04.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  • M. E. Wieser (2006). "Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. ج. 78 ع. 11: 2051–2066. DOI:10.1351/pac200678112051. مؤرشف من الأصل في 2019-01-04. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط غير المعروف |laysummary= تم تجاهله (مساعدة)
• Half-life, spin, and isomer data selected from the following sources.
  • 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. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2021-04-20.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  • National Nuclear Data Center. "NuDat 2.1 database". Brookhaven National Laboratory. مؤرشف من الأصل في 2019-10-14. اطلع عليه بتاريخ September 2005. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة)
  • N. E. Holden (2004). "Table of the Isotopes". في D. R. Lide (المحرر). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ط. 85th). CRC Press. Section 11. ISBN:978-0849304859.