Isotop besi

Isotop utama besi
Berat atom standar Ar°(Fe)	55,845±0,002; 55,845±0,002 (diringkas);
	lihat; bicara; sunting;

Besi (₂₆Fe) yang terbentuk secara alami terdiri dari empat isotop stabil: ⁵⁴Fe sebesar 5,845% (kemungkinan bersifat radioaktif dengan waktu paruh lebih dari 4,4×10²⁰ tahun),^[2] ⁵⁶Fe sebesar 91,754%, ⁵⁷Fe sebesar 2,119%, dan ⁵⁸Fe sebesar 0,286%. Ada 24 isotop radioaktif yang diketahui dengan waktu paruhnya tercantum di bawah ini, yang paling stabil adalah ⁶⁰Fe (waktu paruh 2,6 juta tahun) dan ⁵⁵Fe (waktu paruh 2,7 tahun).

Sebagian besar pekerjaan masa lalu pada pengukuran komposisi isotop Fe berpusat pada penentuan variasi ⁶⁰Fe karena proses yang menyertai nukleosintesis (yaitu, studi mengenai meteorit) dan pembentukan bijih. Namun dalam dekade terakhir, kemajuan teknologi spektrometri massa telah memungkinkan deteksi dan kuantifikasi dalam hitungan menit, variasi alami dalam rasio isotop stabil besi. Banyak dari pekerjaan ini telah didorong oleh komunitas ilmu kebumian dan keplanetan, meskipun aplikasi untuk sistem biologis dan industri mulai muncul.^[3]

Daftar isotop sunting

Nuklida ^{[n 1]}	Z	N	Massa isotop (Da) ^{[n 2]}^{[n 3]}	Waktu paruh ^{[n 4]}	Mode peluruhan ^{[n 5]}	Isotop anak ^{[n 6]}	Spin dan paritas ^{[n 7]}^{[n 4]}	Kelimpahan alami (fraksi mol)
Nuklida ^{[n 1]}	Energi eksitasi			Waktu paruh ^{[n 4]}	Mode peluruhan ^{[n 5]}	Isotop anak ^{[n 6]}	Spin dan paritas ^{[n 7]}^{[n 4]}	Proporsi normal	Rentang variasi
⁴⁵Fe	26	19	45,01458(24)#	1,89(49) mdtk	β⁺ (30%)	⁴⁵Mn	3/2+#
⁴⁵Fe	26	19	45,01458(24)#	1,89(49) mdtk	2p (70%)	⁴³Cr	3/2+#
⁴⁶Fe	26	20	46,00081(38)#	9(4) mdtk [12(+4-3) mdtk]	β⁺ (>99,9%)	⁴⁶Mn	0+
⁴⁶Fe	26	20	46,00081(38)#	9(4) mdtk [12(+4-3) mdtk]	β⁺, p (<0,1%)	⁴⁵Cr	0+
⁴⁷Fe	26	21	46,99289(28)#	21,8(7) mdtk	β⁺ (>99,9%)	⁴⁷Mn	7/2−#
⁴⁷Fe	26	21	46,99289(28)#	21,8(7) mdtk	β⁺, p (<0,1%)	⁴⁶Cr	7/2−#
⁴⁸Fe	26	22	47,98050(8)#	44(7) mdtk	β⁺ (96,41%)	⁴⁸Mn	0+
⁴⁸Fe	26	22	47,98050(8)#	44(7) mdtk	β⁺, p (3,59%)	⁴⁷Cr	0+
⁴⁹Fe	26	23	48,97361(16)#	70(3) mdtk	β⁺, p (52%)	⁴⁸Cr	(7/2−)
⁴⁹Fe	26	23	48,97361(16)#	70(3) mdtk	β⁺ (48%)	⁴⁹Mn	(7/2−)
⁵⁰Fe	26	24	49,96299(6)	155(11) mdtk	β⁺ (>99,9%)	⁵⁰Mn	0+
⁵⁰Fe	26	24	49,96299(6)	155(11) mdtk	β⁺, p (<0,1%)	⁴⁹Cr	0+
⁵¹Fe	26	25	50,956820(16)	305(5) mdtk	β⁺	⁵¹Mn	5/2−
⁵²Fe	26	26	51,948114(7)	8,275(8) jam	β⁺	^52mMn	0+
^52mFe	6,81(13) MeV			45,9(6) dtk	β⁺	⁵²Mn	(12+)#
⁵³Fe	26	27	52,9453079(19)	8,51(2) mnt	β⁺	⁵³Mn	7/2−
^53mFe	3040,4(3) keV			2,526(24) mnt	IT	⁵³Fe	19/2−
⁵⁴Fe	26	28	53,9396090(5)	Stabil Secara Pengamatan^{[n 8]}			0+	0,05845(35)	0,05837–0,05861
^54mFe	6526,9(6) keV			364(7) ndtk			10+
⁵⁵Fe	26	29	54,9382934(7)	2,737(11) thn	EC	⁵⁵Mn	3/2−
⁵⁶Fe^{[n 9]}	26	30	55,9349363(5)	Stabil			0+	0,91754(36)	0,91742–0,91760
⁵⁷Fe	26	31	56,9353928(5)	Stabil			1/2−	0,02119(10)	0,02116–0,02121
⁵⁸Fe	26	32	57,9332744(5)	Stabil			0+	0,00282(4)	0,00281–0,00282
⁵⁹Fe	26	33	58,9348755(8)	44,495(9) hri	β⁻	⁵⁹Co	3/2−
⁶⁰Fe	26	34	59,934072(4)	2,6×10⁶ thn	β⁻	⁶⁰Co	0+	renik
⁶¹Fe	26	35	60,936745(21)	5,98(6) mnt	β⁻	⁶¹Co	3/2−,5/2−
^61mFe	861(3) keV			250(10) ndtk			9/2+#
⁶²Fe	26	36	61,936767(16)	68(2) dtk	β⁻	⁶²Co	0+
⁶³Fe	26	37	62,94037(18)	6,1(6) dtk	β⁻	⁶³Co	(5/2)−
⁶⁴Fe	26	38	63,9412(3)	2,0(2) dtk	β⁻	⁶⁴Co	0+
⁶⁵Fe	26	39	64,94538(26)	1,3(3) dtk	β⁻	⁶⁵Co	1/2−#
^65mFe	364(3) keV			430(130) ndtk			(5/2−)
⁶⁶Fe	26	40	65,94678(32)	440(40) mdtk	β⁻ (>99,9%)	⁶⁶Co	0+
⁶⁶Fe	26	40	65,94678(32)	440(40) mdtk	β⁻, n (<0,1%)	⁶⁵Co	0+
⁶⁷Fe	26	41	66,95095(45)	394(9) mdtk	β⁻ (>99,9%)	⁶⁷Co	1/2−#
⁶⁷Fe	26	41	66,95095(45)	394(9) mdtk	β⁻, n (<0,1%)	⁶⁶Co	1/2−#
^67mFe	367(3) keV			64(17) µdtk			(5/2−)
⁶⁸Fe	26	42	67,95370(75)	187(6) mdtk	β⁻ (>99,9%)	⁶⁸Co	0+
⁶⁸Fe	26	42	67,95370(75)	187(6) mdtk	β⁻, n	⁶⁷Co	0+
⁶⁹Fe	26	43	68,95878(54)#	109(9) mdtk	β⁻ (>99,9%)	⁶⁹Co	1/2−#
⁶⁹Fe	26	43	68,95878(54)#	109(9) mdtk	β⁻, n (<0,1%)	⁶⁸Co	1/2−#
⁷⁰Fe	26	44	69,96146(64)#	94(17) mdtk			0+
⁷¹Fe	26	45	70,96672(86)#	30# mdtk [>300 ndtk]			7/2+#
⁷²Fe	26	46	71,96962(86)#	10# mdtk [>300 ndtk]			0+
Header & footer tabel ini: view

^ ^mFe – Isomer nuklir tereksitasi.
^ ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
^ # – Massa atom bertanda #: nilai dan ketidakpastian yang diperoleh bukan dari data eksperimen murni, tetapi setidaknya sebagian dari tren dari Permukaan Massa (trends from the Mass Surface, TMS).
^ ^a ^b # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
^ Mode peluruhan:

EC: Penangkapan elektron

IT: Transisi isomerik

n: Emisi neutron

p: Emisi proton
^ Simbol tebal sebagai anak – Produk anak stabil.
^ ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
^ Diyakini meluruh melalui β⁺β⁺ menjadi ⁵⁴Cr dengan waktu paruh lebih dari 4,4×10²⁰ a^[2]
^ Massa per nukleon terendah dari semua nuklida; Produk akhir nukleosintesis bintang

Massa atom nuklida stabil (⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁷Fe, dan ⁵⁸Fe) diberikan oleh evaluasi massa atom AME2012. Satu kesalahan standar deviasi diberikan dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.^[4]

Besi-54 sunting

Besi-54 terlihat stabil secara pengamatan, tetapi secara teoritis dapat meluruh menjadi ⁵⁴Cr, dengan waktu paruh lebih dari 4,4×10²⁰ tahun melalui penangkapan elektron ganda (εε).^[2]

Besi-56 sunting

Besi-56 adalah isotop dengan massa per nukleon terendah, yaitu 930,412 MeV/c², meskipun bukan merupakan isotop dengan energi pengikatan inti per nukleon tertinggi, yaitu ⁶²Ni.^[5] Namun, karena rincian cara nukleosintesis bekerja, ⁵⁶Fe adalah titik akhir yang lebih umum dari rantai fusi di dalam bintang yang sangat masif dan karena itu lebih umum di alam semesta, dibandingkan dengan logam lain, termasuk ⁶²Ni, ⁵⁸Fe dan ⁶⁰Ni, yang semuanya memiliki energi pengikatan yang sangat tinggi.

Besi-57 sunting

Besi-57 banyak digunakan dalam spektroskopi Mössbauer dan spektroskopi getaran resonansi inti yang terkait karena variasi energi alami yang rendah dari transisi nuklir sebesar 14,4 keV.^[6] Transisi itu terkenal karena digunakan untuk membuat pengukuran definitif pertama mengenai pergeseran merah gravitasional dalam eksperimen Pound-Rebka di tahun 1960.^[7]

Besi-60 sunting

Besi-60 adalah sebuah isotop besi dengan waktu paruh 2,6 juta tahun,^[8]^[9] tetapi diperkirakan sampai tahun 2009 memiliki waktu paruh 1,5 juta tahun. Ia mengalami peluruhan beta menjadi ⁶⁰Co, yang kemudian meluruh dengan waktu paruh sekitar 5 tahun menjadi ⁶⁰Ni yang stabil. Jejak ⁶⁰Fe telah ditemukan dalam beberapa sampel bulan.

Dalam fase meteorit Semarkona dan Chervony Kut, korelasi antara konsentrasi ⁶⁰Ni, isotop cucu dari ⁶⁰Fe, dan kelimpahan isotop besi yang stabil dapat ditemukan, yang merupakan bukti keberadaan ⁶⁰Fe pada saat pembentukan sistem Tata Surya. Kemungkinan energi yang dilepaskan oleh peluruhan ⁶⁰Fe turut berkontribusi, bersama dengan energi yang dilepaskan oleh peluruhan radionuklida ²⁶Al, pada peleburan kembali dan diferensiasi asteroid setelah pembentukannya 4,6 miliar tahun yang lalu. Kelimpahan ⁶⁰Ni yang ada dalam materi luar angkasa juga dapat memberikan wawasan lebih lanjut tentang asal usul Tata Surya dan sejarah awalnya.

⁶⁰Fe yang ditemukan dalam fosil bakteri di sedimen dasar laut menunjukkan adanya supernova di sekitar Tata Surya sekitar 2 juta tahun yang lalu.^[10]^[11] ⁶⁰Fe juga ditemukan dalam sedimen dari 8 juta tahun yang lalu.^[12]

Pada tahun 2019, para peneliti menemukan ⁶⁰Fe antarbintang di Antarktika, yang mereka hubungkan dengan Awan Antarbintang Lokal.^[13]

Referensi sunting

^ Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure Appl. Chem. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
^ ^a ^b ^c Bikit, I.; Krmar, M.; Slivka, J.; Vesković, M.; Čonkić, Lj.; Aničin, I. (1998). "New results on the double β decay of iron". Physical Review C. 58 (4): 2566–2567. Bibcode:1998PhRvC..58.2566B. doi:10.1103/PhysRevC.58.2566.
^ N. Dauphas; O. Rouxel (2006). "Mass spectrometry and natural variations of iron isotopes". Mass Spectrometry Reviews. 25 (4): 515–550. Bibcode:2006MSRv...25..515D. doi:10.1002/mas.20078. PMID 16463281.
^ Wang, M.; Audi, G.; Wapstra, A.H.; Kondev, F.G.; MacCormick, M.; Xu, X.; Pfeiffer, B. (2012). "The Ame2012 atomic mass evaluation". Chinese Physics C. 36 (12): 1603–2014. Bibcode:2012ChPhC..36....3M. doi:10.1088/1674-1137/36/12/003.
^ Fewell, M. P. (1995). "The atomic nuclide with the highest mean binding energy". American Journal of Physics. 63 (7): 653. Bibcode:1995AmJPh..63..653F. doi:10.1119/1.17828.
^ R. Nave. "Mossbauer Effect in Iron-57". HyperPhysics. Georgia State University. Diakses tanggal 4 Juli 2022.
^ Pound, R. V.; Rebka Jr. G. A. (April 1, 1960). "Apparent weight of photons". Physical Review Letters. 4 (7): 337–341. Bibcode:1960PhRvL...4..337P. doi:10.1103/PhysRevLett.4.337  .
^ Rugel, G.; Faestermann, T.; Knie, K.; Korschinek, G.; Poutivtsev, M.; Schumann, D.; Kivel, N.; Günther-Leopold, I.; Weinreich, R.; Wohlmuther, M. (2009). "New Measurement of the ⁶⁰Fe Half-Life". Physical Review Letters. 103 (7): 72502. Bibcode:2009PhRvL.103g2502R. doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502. PMID 19792637.
^ "Eisen mit langem Atem". scienceticker. 27 Agustus 2009. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2018-02-03. Diakses tanggal 2022-07-04.
^ Belinda Smith (9 Agustus 2016). "Ancient bacteria store signs of supernova smattering". Cosmos.
^ Peter Ludwig; et al. (16 Agustus 2016). "Time-resolved 2-million-year-old supernova activity discovered in Earth's microfossil record". PNAS. 113 (33): 9232–9237. arXiv:1710.09573  . Bibcode:2016PNAS..113.9232L. doi:10.1073/pnas.1601040113  . PMC 4995991  . PMID 27503888.
^ Colin Barras (14 Oktober 2017). "Fires may have given our evolution a kick-start". New Scientist. 236 (3147): 7. Bibcode:2017NewSc.236....7B. doi:10.1016/S0262-4079(17)31997-8.
^ Koll, Dominik; et., al. (2019). "Interstellar ⁶⁰Fe in Antarctica". Physical Review Letters. 123 (7): 072701. Bibcode:2019PhRvL.123g2701K. doi:10.1103/PhysRevLett.123.072701. PMID 31491090.

Massa isotop dari:
- Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties", Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
Komposisi isotop dan massa atom standar dari:
- de Laeter, John Robert; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin J. R.; Taylor, Philip D. P. (2003). "Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 75 (6): 683–800. doi:10.1351/pac200375060683  .
- Wieser, Michael E. (2006). "Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051  .
"News & Notices: Standard Atomic Weights Revised". International Union of Pure and Applied Chemistry. 19 Oktober 2005.
Data waktu paruh, spin, dan isomer dipilih dari sumber-sumber berikut.
- Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties", Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
- National Nuclear Data Center. "NuDat 2.x database". Laboratorium Nasional Brookhaven.
- Holden, Norman E. (2004). "11. Table of the Isotopes". Dalam Lide, David R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-85). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9.

Bacaan lebih lanjut sunting

J. M. Nielsen (1960). The Radiochemistry of Iron (PDF). Akademi Sains Nasional/Dewan Riset Nasional.

[4] Fe – Isomer nuklir tereksitasi.

[5] ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.

[TMS-6] # – Massa atom bertanda #: nilai dan ketidakpastian yang diperoleh bukan dari data eksperimen murni, tetapi setidaknya sebagian dari tren dari Permukaan Massa (trends from the Mass Surface, TMS).

[TNN-7] # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).

[8] Mode peluruhan:

EC: Penangkapan elektron

IT: Transisi isomerik

n: Emisi neutron

p: Emisi proton

[9] Simbol tebal sebagai anak – Produk anak stabil.

[10] ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.

[11] Diyakini meluruh melalui β⁺β⁺ menjadi ⁵⁴Cr dengan waktu paruh lebih dari 4,4×10²⁰ a^[2]

[12] Massa per nukleon terendah dari semua nuklida; Produk akhir nukleosintesis bintang

[CIAAW2016-1] Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure Appl. Chem. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[Fe54decay-2] Bikit, I.; Krmar, M.; Slivka, J.; Vesković, M.; Čonkić, Lj.; Aničin, I. (1998). "New results on the double β decay of iron". Physical Review C. 58 (4): 2566–2567. Bibcode:1998PhRvC..58.2566B. doi:10.1103/PhysRevC.58.2566.

[3] N. Dauphas; O. Rouxel (2006). "Mass spectrometry and natural variations of iron isotopes". Mass Spectrometry Reviews. 25 (4): 515–550. Bibcode:2006MSRv...25..515D. doi:10.1002/mas.20078. PMID 16463281.

[13] Wang, M.; Audi, G.; Wapstra, A.H.; Kondev, F.G.; MacCormick, M.; Xu, X.; Pfeiffer, B. (2012). "The Ame2012 atomic mass evaluation". Chinese Physics C. 36 (12): 1603–2014. Bibcode:2012ChPhC..36....3M. doi:10.1088/1674-1137/36/12/003.

[14] Fewell, M. P. (1995). "The atomic nuclide with the highest mean binding energy". American Journal of Physics. 63 (7): 653. Bibcode:1995AmJPh..63..653F. doi:10.1119/1.17828.

[15] R. Nave. "Mossbauer Effect in Iron-57". HyperPhysics. Georgia State University. Diakses tanggal 4 Juli 2022.

[16] Pound, R. V.; Rebka Jr. G. A. (April 1, 1960). "Apparent weight of photons". Physical Review Letters. 4 (7): 337–341. Bibcode:1960PhRvL...4..337P. doi:10.1103/PhysRevLett.4.337  .

[17] Rugel, G.; Faestermann, T.; Knie, K.; Korschinek, G.; Poutivtsev, M.; Schumann, D.; Kivel, N.; Günther-Leopold, I.; Weinreich, R.; Wohlmuther, M. (2009). "New Measurement of the ⁶⁰Fe Half-Life". Physical Review Letters. 103 (7): 72502. Bibcode:2009PhRvL.103g2502R. doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502. PMID 19792637.

[18] "Eisen mit langem Atem". scienceticker. 27 Agustus 2009. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2018-02-03. Diakses tanggal 2022-07-04.

[19] Belinda Smith (9 Agustus 2016). "Ancient bacteria store signs of supernova smattering". Cosmos.

[20] Peter Ludwig; et al. (16 Agustus 2016). "Time-resolved 2-million-year-old supernova activity discovered in Earth's microfossil record". PNAS. 113 (33): 9232–9237. arXiv:1710.09573  . Bibcode:2016PNAS..113.9232L. doi:10.1073/pnas.1601040113  . PMC 4995991  . PMID 27503888.

[21] Colin Barras (14 Oktober 2017). "Fires may have given our evolution a kick-start". New Scientist. 236 (3147): 7. Bibcode:2017NewSc.236....7B. doi:10.1016/S0262-4079(17)31997-8.

[Interstellar_Iron-22] Koll, Dominik; et., al. (2019). "Interstellar ⁶⁰Fe in Antarctica". Physical Review Letters. 123 (7): 072701. Bibcode:2019PhRvL.123g2701K. doi:10.1103/PhysRevLett.123.072701. PMID 31491090.

[2]

[1]

[3]

[n 1]

[n 2]

[n 3]

[n 4]

[n 5]

[n 6]

[n 7]

[n 8]

[n 9]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

EC:	Penangkapan elektron
IT:	Transisi isomerik
n:	Emisi neutron
p:	Emisi proton