YaChudo

Ізотопи кальцію

Переглядів: 0. Оновлено 11.10.2026.

Кальцій (20Ca) має 26 відомих ізотопів, від 35Ca до 60Ca. Існує п'ять стабільних ізотопів (40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca та 46Ca), а також один ізотоп (48Ca) з настільки довгим періодом напіврозпаду, що він є стабільним для всіх практичних цілей. Найпоширеніший ізотоп, 40Ca, а також рідкісний 46Ca, теоретично нестабільні з енергетичних міркувань, але їх розпад не спостерігався. Кальцій також має космогенний ізотоп 41Ca з періодом напіврозпаду 99 400 років. На відміну від космогенних ізотопів, які утворюються в повітрі, 41Ca утворюється шляхом нейтронної активації 40Ca в твердих гірських породах та ґрунті. Більша частина його утворення відбувається у верхніх шарах ґрунтового стовпа, де космогенний потік нейтронів все ще достатньо сильний. Найстабільнішими штучними ізотопами є 45Ca з періодом напіврозпаду 162,61 дня та 47Ca з періодом напіврозпаду 4,536 дня. Усі інші ізотопи кальцію мають період напіврозпаду хвилини або менше.

Стабільний 40Ca становить близько 97 % природного кальцію та в основному утворюється шляхом нуклеосинтезу в зірках (альфа-процес). Однак, подібно до 40Ar, деякі атоми 40Ca є радіогенними, утворюючись внаслідок радіоактивного розпаду 40K. Хоча K-Ar датування широко використовувалося в геологічних науках, поширеність 40Ca в природі спочатку перешкоджала поширенню K-Ca датування в ранніх дослідженнях, і лише кілька досліджень було проведено у 20 столітті. Однак сучасні методи, що використовують дедалі точніші методи термоіонізаційнної (TIMS) та мас-спектрометрії з індуктивно зв'язаною плазмою в комірках з колізійними комірками та кількома колекторами (CC-MC-ICP-MS), були використані для успішного K-Ca датування[1][2], подібного за методом до Rb-Sr датування, а також для визначення втрат K з нижньої континентальної кори[3] та для відстеження джерел кальцієвого внеску з різних геологічних резервуарів[4][5].

Варіації стабільних ізотопів варіації кальцію (найчастіше 44Ca / 40Ca або 44Ca / 42Ca, що позначаються як «δ44Ca» та «δ44/42Ca» у дельта-нотації) також широко використовуються в природничих науках для низки застосувань, починаючи від раннього визначення остеопорозу[6] і закінчуючи кількісною оцінкою часових шкал вивержень вулканів[7]. Інші застосування включають: кількісну оцінку ефективності зв'язування вуглецю в місцях ін'єкцій CO2[8] та розуміння підкислення океану[9], дослідження як повсюдних, так і рідкісних магматичних процесів, таких як формування гранітів[10] та карбонатитів[11], відстеження сучасних та стародавніх трофічних мереж, зокрема у динозаврів[12][13][14], оцінку практики відлучення від грудей у стародавніх людей[15].

Список ізотопів

Символ
ізотопу 		Z(p) N(n)  
Маса ізотопу (u)[16]
  		Період напіврозпаду[17] Типи
розпаду[n 1][17] 		Дочірні ізотопи[n 2] Спін і
парність ядра[n 3][17] 		Поширеність
ізотопу в природі
[17]
мольна частка відхилення
35Ca 20 15 35,00557(22)# 25,7(2) мс β+, p (95,8 %) 34Ar 1/2+#
β+, 2p (4,2 %) 33Cl
β+ (rare) 35K
36Ca 20 16 35,993074(43) 100,9(13) мс β+, p (51,2 %) 35Ar 0+
β+ (48,8 %) 36K
37Ca 20 17 36,98589785(68) 181,0(9) мс β+, p (76,8 %) 36Ar 3/2+
β+ (23,2 %) 37K
38Ca 20 18 37,97631922(21) 443,70(25) мс β+ 38K 0+
39Ca 20 19 38,97071081(64) 860,3(8) мс β+ 39K 3/2+
40Ca[n 4] 20 20 39,962590850(22) Спостережно стабільний[n 5] 0+ 0,9694(16) 0,96933–0,96947
41Ca 20 21 40,96227791(15) 9,94(15)×104 р ЕЗ 41K 7/2− Сліди[n 6]
42Ca 20 22 41,95861778(16) Стабільний 0+ 0,00647(23) 0,00646–0,00648
43Ca 20 23 42,95876638(24) Стабільний 7/2− 0,00135(10) 0,00135–0,00135
44Ca 20 24 43,95548149(35) Стабільний 0+ 0,0209(11) 0,02082–0,02092
45Ca 20 25 44,95618627(39) 162,61(9) д β− 45Sc 7/2−
46Ca 20 26 45,9536877(24) Спостережно стабільний[n 7] 0+ 4×10−5 4×10−5–4×10−5
47Ca 20 27 46,9545411(24) 4,536(3) д β− 47Sc 7/2−
48Ca[n 8][n 9] 20 28 47,952522654(18) 5,6(10)×1019 р β−β−[n 10][n 11] 48Ti 0+ 0,00187(21) 0,00186–0,00188
49Ca 20 29 48,95566263(19) 8,718(6) хв β− 49Sc 3/2−
50Ca 20 30 49,9574992(17) 13,45(5) с β− 50Sc 0+
51Ca 20 31 50,96099566(56) 10,0(8) с β− 51Sc 3/2−
β−, n? 50Sc
52Ca 20 32 51,96321365(72) 4,6(3) с β− (>98 %) 52Sc 0+
β−, n (<2 %) 51Sc
53Ca 20 33 52,968451(47) 461(90) мс β− (60 %) 53Sc 1/2−#
β−, n (40 %) 52Sc
54Ca 20 34 53,972989(52) 90(6) мс β− 54Sc 0+
β−, n? 53Sc
β−, 2n? 52Sc
55Ca 20 35 54,97998(17) 22(2) мс β− 55Sc 5/2−#
β−, n? 54Sc
β−, 2n? 53Sc
56Ca 20 36 55,98550(27) 11(2) мс β− 56Sc 0+
β−, n? 55Sc
β−, 2n? 54Sc
57Ca 20 37 56,99296(43)# 8# мс [>620 нс] β−? 57Sc 5/2−#
β−, n? 56Sc
β−, 2n? 55Sc
58Ca 20 38 57,99836(54)# 4# мс [>620 нс] β−? 58Sc 0+
β−, n? 57Sc
β−, 2n? 56Sc
59Ca 20 39 59,00624(64)# 5# мс [>400 нс] β−? 59Sc 5/2−#
β−, n? 58Sc
β−, 2n? 57Sc
60Ca 20 40 60,01181(75)# 2# мс [>400 нс] β−? 60Sc 0+
β−, n? 59Sc
β−, 2n? 58Sc


  1. ↑ Скорочення:
    ЕЗ: електронне захоплення
    ІП: ізомерний перехід
  2. ↑ Жирним для стабільних ізотопів
  3. ↑ Спіни зі слабким оцінковим обґрунтуванням взяті в дужки.
  4. ↑ Найважчий спостережувано стабільний нуклід з однаковою кількістю протонів і нейтронів
  5. ↑ Вважається здатним до подвійного електронного захоплення з утворенням 40Ar з періодом напіврозпаду не менше 9,9×1021 р
  6. ↑ Космогенний нуклід
  7. ↑ Вважається здатним до β−β− з утворенням 46Ti
  8. ↑ Первинний радіонуклід
  9. ↑ Вважається здатним до потрійного бета-розпаду з дуже довгм періодом напіврозпаду
  10. ↑ Найлегший ізотоп з відомою здатністю до подвійного бета-розпаду
  11. ↑ Theorized to also undergo β− decay to 48Sc with a partial half-life exceeding 1.1+0.8
    −0.6    ×1021 years[18]

Кальцій-48

Близько 2 г кальцію-48

Кальцій-48 — це подвійно магічне ядро з 28 нейтронами; надзвичайно багате на нейтрони як для легкого первинного ядра. Він розпадається шляхом подвійного бета-розпаду з надзвичайно довгим періодом напіврозпаду близько 5,6×1019 років, хоча теоретично можливий також одиночний бета-розпад. Цей розпад можна проаналізувати за допомогою моделі ядерної оболонки sd, і він має більшу енергію (4,27 МеВ), ніж будь-який інший подвійний бета-розпад[19]. Він використовується як попередник для багатих нейтронами[20] та надважких[21] ізотопів.

Кальцій-60

Кальцій-60 станом на 2020 є найважчим відомим ізотопом[22] Вперше спостерігався у 2018 році в RIKEN разом із 59Ca та сімома ізотопами інших елементів[23], його існування свідчить про наявність додаткових парних ізотопів кальцію щонайменше до 70Ca, тоді як 59Ca, ймовірно, є останнім зв'язаним ізотопом з непарним N[24]. Попередні прогнози оцінювали, що найважчий парний ізотоп 60Ca, а 59Ca — не зв'язаний[23].

У збагаченій нейтронами області N = 40 стає магічним числом, тому 60Ca на початку вважався можливим подвійним магічним ядром, як це спостерігається для ізотону 68Ni[25][26]. Однак подальші спектроскопічні вимірювання сусідніх нуклідів 56Ca, 58Ca та 62Ti натомість передбачають, що воно має знаходитися на острові інверсії, який, як відомо, існує навколо 64Cr[26][27].

Примітки

  1. ↑ Marshall, B. D.; DePaolo, D. J. (1 грудня 1982). Precise age determinations and petrogenetic studies using the KCa method. Geochimica et Cosmochimica Acta. 46 (12): 2537—2545. doi:10.1016/0016-7037(82)90376-3. ISSN 0016-7037.
  2. ↑ admin. K-Ca dating and Ca isotope composition of the oldest Solar System lava, Erg Chech 002 | Geochemical Perspectives Letters (амер.). Процитовано 16 жовтня 2024.
  3. ↑ admin. Radiogenic Ca isotopes confirm post-formation K depletion of lower crust | Geochemical Perspectives Letters (амер.). Процитовано 16 жовтня 2024.
  4. ↑ Antonelli, Michael A.; DePaolo, Donald J.; Christensen, John N.; Wotzlaw, Jörn-Frederik; Pester, Nicholas J.; Bachmann, Olivier (16 вересня 2021). Radiogenic 40 Ca in Seawater: Implications for Modern and Ancient Ca Cycles. ACS Earth and Space Chemistry (англ.). 5 (9): 2481—2492. doi:10.1021/acsearthspacechem.1c00179. ISSN 2472-3452.
  5. ↑ Davenport, Jesse; Caro, Guillaume; France-Lanord, Christian (1 грудня 2022). Decoupling of physical and chemical erosion in the Himalayas revealed by radiogenic Ca isotopes. Geochimica et Cosmochimica Acta. 338: 199—219. doi:10.1016/j.gca.2022.10.031. ISSN 0016-7037.
  6. ↑ Eisenhauer, A.; Müller, M.; Heuser, A.; Kolevica, A.; Glüer, C. -C.; Both, M.; Laue, C.; Hehn, U. v.; Kloth, S. (1 червня 2019). Calcium isotope ratios in blood and urine: A new biomarker for the diagnosis of osteoporosis. Bone Reports. 10: 100200. doi:10.1016/j.bonr.2019.100200. ISSN 2352-1872. PMC 6453776. PMID 30997369.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)
  7. ↑ Antonelli, Michael A.; Mittal, Tushar; McCarthy, Anders; Tripoli, Barbara; Watkins, James M.; DePaolo, Donald J. (8 жовтня 2019). Ca isotopes record rapid crystal growth in volcanic and subvolcanic systems. Proceedings of the National Academy of Sciences (англ.). 116 (41): 20315—20321. doi:10.1073/pnas.1908921116. ISSN 0027-8424. PMC 6789932. PMID 31548431.
  8. ↑ Pogge von Strandmann, Philip A. E.; Burton, Kevin W.; Snæbjörnsdóttir, Sandra O.; Sigfússon, Bergur; Aradóttir, Edda S.; Gunnarsson, Ingvi; Alfredsson, Helgi A.; Mesfin, Kiflom G.; Oelkers, Eric H. (30 квітня 2019). Rapid CO2 mineralisation into calcite at the CarbFix storage site quantified using calcium isotopes. Nature Communications (англ.). 10 (1): 1983. doi:10.1038/s41467-019-10003-8. ISSN 2041-1723. PMC 6491611. PMID 31040283.
  9. ↑ Fantle, Matthew S.; Ridgwell, Andy (5 серпня 2020). Towards an understanding of the Ca isotopic signal related to ocean acidification and alkalinity overshoots in the rock record. Chemical Geology. 547: 119672. doi:10.1016/j.chemgeo.2020.119672. ISSN 0009-2541.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)
  10. ↑ Antonelli, Michael A.; Yakymchuk, Chris; Schauble, Edwin A.; Foden, John; Janoušek, Vojtěch; Moyen, Jean-François; Hoffmann, Jan; Moynier, Frédéric; Bachmann, Olivier (15 квітня 2023). Granite petrogenesis and the δ44Ca of continental crust. Earth and Planetary Science Letters. 608: 118080. doi:10.1016/j.epsl.2023.118080. ISSN 0012-821X. {{cite journal}}: |hdl-access= вимагає |hdl= (довідка)Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)
  11. ↑ admin. Calcium isotope fractionation during melt immiscibility and carbonatite petrogenesis | Geochemical Perspectives Letters (амер.). Процитовано 16 жовтня 2024.
  12. ↑ Skulan, Joseph; DePaolo, Donald J.; Owens, Thomas L. (1 червня 1997). Biological control of calcium isotopic abundances in the global calcium cycle. Geochimica et Cosmochimica Acta. 61 (12): 2505—2510. doi:10.1016/S0016-7037(97)00047-1. ISSN 0016-7037.
  13. ↑ admin. Calcium stable isotopes place Devonian conodonts as first level consumers | Geochemical Perspectives Letters (амер.). Процитовано 16 жовтня 2024.
  14. ↑ Hassler, A.; Martin, J. E.; Amiot, R.; Tacail, T.; Godet, F. Arnaud; Allain, R.; Balter, V. (11 квітня 2018). Calcium isotopes offer clues on resource partitioning among Cretaceous predatory dinosaurs. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (англ.). 285 (1876): 20180197. doi:10.1098/rspb.2018.0197. ISSN 0962-8452. PMC 5904318. PMID 29643213.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)
  15. ↑ Tacail, Théo; Thivichon-Prince, Béatrice; Martin, Jeremy E.; Charles, Cyril; Viriot, Laurent; Balter, Vincent (13 червня 2017). Assessing human weaning practices with calcium isotopes in tooth enamel. Proceedings of the National Academy of Sciences (англ.). 114 (24): 6268—6273. doi:10.1073/pnas.1704412114. ISSN 0027-8424. PMC 5474782. PMID 28559355.
  16. ↑ Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. (1 березня 2021). The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references*. Chinese Physics C. Т. 45, № 3. с. 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf. ISSN 1674-1137. Процитовано 28 січня 2025.
  17. ↑ а б в г Kondev, F.G.; Wang, M.; Huang, W.J.; Naimi, S.; Audi, G. (1 березня 2021). The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties *. Chinese Physics C. Т. 45, № 3. с. 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. ISSN 1674-1137. Процитовано 28 січня 2025.
  18. ↑ Aunola, M.; Suhonen, J.; Siiskonen, T. (1999). Shell-model study of the highly forbidden beta decay 48Ca → 48Sc. EPL. 46 (5): 577. Bibcode:1999EL.....46..577A. doi:10.1209/epl/i1999-00301-2. S2CID 250836275.
  19. ↑ Balysh, A. та ін. (1996). Double Beta Decay of 48Ca. Physical Review Letters. 77 (26): 5186—5189. arXiv:nucl-ex/9608001. Bibcode:1996PhRvL..77.5186B. doi:10.1103/PhysRevLett.77.5186. PMID 10062737.
  20. ↑ Notani, M. та ін. (2002). New neutron-rich isotopes, 34Ne, 37Na and 43Si, produced by fragmentation of a 64A MeV 48Ca beam. Physics Letters B. 542 (1—2): 49—54. Bibcode:2002PhLB..542...49N. doi:10.1016/S0370-2693(02)02337-7.
  21. ↑ Oganessian, Yu. Ts. та ін. (Жовтень 2006). Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the 249Cf and 245Cm + 48Ca fusion reactions. Physical Review C. 74 (4): 044602. Bibcode:2006PhRvC..74d4602O. doi:10.1103/PhysRevC.74.044602.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)
  22. ↑ Kondev, F.G.; Wang, M.; Huang, W.J.; Naimi, S.; Audi, G. (1 березня 2021). The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties *. Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. ISSN 1674-1137.
  23. ↑ а б Tarasov, O. B.; Ahn, D. S.; Bazin, D. та ін. (11 липня 2018). Discovery of 60Ca and Implications For the Stability of 70Ca. Physical Review Letters. 121 (2): 022501. doi:10.1103/PhysRevLett.121.022501. PMID 30085743.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)
  24. ↑ Neufcourt, Léo; Cao, Yuchen; Nazarewicz, Witold та ін. (14 лютого 2019). Neutron Drip Line in the Ca Region from Bayesian Model Averaging. Physical Review Letters. 122 (6): 062502. arXiv:1901.07632. doi:10.1103/PhysRevLett.122.062502. PMID 30822058.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)
  25. ↑ Gade, A.; Janssens, R. V. F.; Weisshaar, D. та ін. (21 березня 2014). Nuclear Structure Towards N = 40 60Ca: In-Beam γ -Ray Spectroscopy of 58, 60Ti. Physical Review Letters. 112 (11): 112503. arXiv:1402.5944. doi:10.1103/PhysRevLett.112.112503. PMID 24702356.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)
  26. ↑ а б Cortés, M.L.; Rodriguez, W.; Doornenbal, P. та ін. (Січень 2020). Shell evolution of N = 40 isotones towards 60Ca: First spectroscopy of 62Ti. Physics Letters B. 800: 135071. arXiv:1912.07887. doi:10.1016/j.physletb.2019.135071.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)
  27. ↑ Chen, S.; Browne, F.; Doornenbal, P. та ін. (Серпень 2023). Level structures of 56, 58Ca cast doubt on a doubly magic 60Ca. Physics Letters B. 843: 138025. arXiv:2307.07077. doi:10.1016/j.physletb.2023.138025.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки з номером статті як номер сторінки (посилання)

Додаткова інформація

Посилання

H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Джерело: стаття у Вікіпедії та історія редагувань (автори).