同位体の安定性による元素のリスト

同位体の半減期。元素番号Zが大きくなるにつれて、より暗い、より安定した同位体領域は陽子（Z）＝中性子（N）の線から離れていきます。

周期表の最初の82個の化学元素のうち、80個には安定していると考えられる同位体が存在します。^{[ 1 ]}全体として、合計251個の安定同位体が知られています。

背景

原子核は陽子と中性子で構成されており、これらは核力によって引き合いますが、陽子は正電荷による電気力によって反発します。この 2 つの力が競合し、中性子と陽子の組み合わせによっては、他の組み合わせよりも安定することがあります。中性子は陽子を引き寄せ、陽子間の電気的な反発を相殺するため、原子核を安定化させます。その結果、陽子の数が増加するにつれて、安定した原子核を形成するために中性子と陽子の比率を増やす必要があります。最適な比率に対して中性子が多すぎたり少なすぎたりすると、原子核は不安定になり、特定の種類の原子核崩壊を起こしやすくなります。不安定同位体は、さまざまな放射性崩壊経路で崩壊しますが、最も一般的なのはアルファ崩壊またはベータ崩壊ですが、自発核分裂やクラスター崩壊などのよりまれな種類の崩壊も知られています。詳細は放射性崩壊の項で説明されています。

周期表の最初の82元素のうち、80元素は安定していると考えられる同位体を持つ。^{[ 1 ]} 83番目の元素であるビスマスは、伝統的に最も重い安定同位体であるビスマス209を持つと考えられていたが、2003年にフランスのオルセーの研究者らは、²⁰⁹Bi ; ^{[ 2 ] [ 3 ]}現在受け入れられている半減期は2.01 × 10 ¹⁹ 年。テクネチウムとプロメチウム（それぞれ原子番号43と61 ^{[ a ]}）および原子番号82を超えるすべての元素は、放射性崩壊を起こすことが知られている同位体のみを持っています。未発見の元素は安定するとは考えられていないため、鉛が最も重い安定元素と考えられています。しかし、現在安定と考えられている同位体の中には、ビスマスのように極めて長い半減期で崩壊することが明らかになるものもあります。

80種類の安定元素それぞれについて、安定同位体の数が示されています。いかなる崩壊に対しても安定な同位体は90種類のみで、さらに161種類はエネルギー的に不安定ですが（核種一覧を参照）、崩壊が観測されたことはありません。したがって、251種類の同位体（核種）は定義上安定です（励起状態のタンタル180mも含みますが、この核種については崩壊はまだ観測されていません）。

2019年4月、キセノン124の半減期が1.8×10^ ²²年と測定されたことが発表されました。^{[ 4 ]}これは、不安定同位体の中で直接測定された最長の半減期であり、これより長いのは（間接的に測定された）テルル128の半減期のみです。

化学元素のうち、1つの元素（スズ）だけが10個の安定同位体を持ち、5つは7個の安定同位体を持ち、7つは6個の安定同位体を持ち、11は5個の安定同位体を持ち、9つは4個の安定同位体を持ち、5つは3個の安定同位体を持ち、16は2個の安定同位体を持ち、26は1個の安定同位体を持つ。^{[ 1 ]}

さらに、天然元素のうち31種の核種は、半減期が太陽系の年齢（10^年以上）に匹敵するほど長い不安定同位体を有しており、さらに4種の不安定同位体は、安定同位体を持たない3元素（ビスマス、トリウム、ウラン）を表しています。これら35種の放射性天然核種は、放射性始原核種を構成しています。したがって、始原核種の総数は251種（安定核種）と35種の放射性始原核種を合わせて286種となります。

テルル 128の最も長い半減期は 2.2 × 10 ²⁴年で、これは放射性娘核種であるキセノン 128 を検出する方法で測定された。この方法は希ガス娘核種を持つ他の同位体にも使用されており、バリウム 130も他の方法では測定されていない。^{[ 5 ]}もう 1 つの注目すべき例は、ビスマスの唯一の天然同位体であるビスマス 209である。これは半減期が非常に長く不安定であると予測されていたが、崩壊することが観測されている。半減期が長いため、このような同位体は地球上に現在でもさまざまな量で存在し、安定同位体とともに原始同位体と呼ばれている。半減期順の原始核種の一覧については、核種一覧を参照のこと。

118 種類の化学元素の存在が知られています。最初の 94 種類は自然界に存在し、発見されている残りの元素は人工的に生成されたもので、同位体はすべて放射性であることが知られており、半減期は比較的短いです (下記参照)。このリストの元素は、最も安定した同位体の寿命の順に並べられています。^{[ 1 ]}これらの元素のうち、3 種類 (ビスマス、トリウム、ウラン) は半減期が十分長いため地球上で今でも見つかるため原始的元素です。^{[ b ]}その他はすべて放射性崩壊によって生成されるか、研究室や原子炉で合成されます。38 種類の不安定元素のうち、半減期が 100 年以上である同位体が知られているのは 13 種類だけです。残りの 25 種類の元素の既知の同位体はすべて放射性が高く、学術研究や産業、医療に使用されています。^{[ c ]}周期表のより重い元素の中には、ここに挙げられているものよりも長い寿命を持つ、まだ発見されていない同位体が存在する可能性がある。^{[ d ]}

地球上には約338種の核種が自然界に存在します。これらには、286種の原始核種だけでなく、原始同位体の娘核種（ウランからラジウムが生成されるなど）や、宇宙線の衝突によって大気中の窒素から生成される炭素14のように、エネルギーの高い自然過程によって生成される約52種の短寿命同位体も含まれます。

原始同位体数による元素

陽子または中性子の数が偶数の場合、対合効果によりより安定（結合エネルギーが高い）するため、偶数−偶数核種は奇数−奇数核種よりもはるかに安定です。その効果の一つとして、安定な奇数−奇数核種は少ないことが挙げられます。実際には5種類しか安定しておらず、さらに4種類の半減期は10億年を超えます。

もう 1 つの効果は、多くの偶数-偶数核種が同じ質量数でエネルギーの低い別の偶数-偶数核種へのベータ崩壊を防ぐことです。これは、崩壊を 1 段階ずつ進めるには、よりエネルギーの高い奇奇核種を通過する必要があるためです。(偶数-偶数核種から偶数-偶数核種へ奇奇核種を飛ばして直接二重ベータ崩壊を起こすことは可能ですが、非常に妨げられるため、半減期が宇宙の年齢の10 ⁸倍を超えるケースが知られています。) これにより、安定した偶数-偶数核種の数が多くなり、質量数によっては最大 3 つ、原子 (陽子) 数によっては最大 7 つ、アルゴンを超えるすべての安定した偶数Z元素では少なくとも 4 つになります。

陽子数が奇数の原子核は比較的不安定であるため、奇数元素は安定同位体の数が少なくなる傾向があります。26個のモノアイソトピック元素（安定同位体が1つだけ存在する元素）のうち、ベリリウムを除いて全てが奇数の原子番号を持ちます。さらに、奇数元素は2つ以上の安定同位体を持つことはありませんが、炭素より重い偶数元素で安定同位体を持つものはすべて少なくとも3つあります。奇数元素のうち、カリウムだけが3つの原始同位体を持ち、それ以上の数は持ちません。

テーブル

以下の表は、原始核種（最も安定な同位体の半減期が10 ⁸年を超える）を持つ元素を示しています。半減期順に並べた核種の一覧は、核種一覧をご覧ください。

元素表は、元素ごとの核種の数の降順で並べられています。安定核種と不安定核種が示され、不安定核種は斜体で表記されています。各元素の原始同位体はすべて、安定性に関わらず、地球上での存在量が多い順に示されています。^{[ e ]}慣例により、実験または崩壊生成物の観測によって崩壊が観測されていない核種は「安定」とみなされます（そのため、タンタル180mのように理論​​上不安定な核種も安定とみなされます）。

最初の表は偶数原子番号の元素用であり、陽子対形成による安定性のため、原始核種がはるかに多く存在する傾向があります。2つ目の表は奇数原子番号の元素用であり、安定かつ長寿命の核種がはるかに少ない傾向があります。

偶数Z元素の 原始同位体（地球上での存在量の減少順^{[ e ] ）}

Z	要素	安定[ 1 ]	崩壊[ 1 ]	太字で不安定 ピンク色の奇数中性子数
50	錫	10	—	^120スン	^118スン	^116スン	^119スン	^117スン	^124スン	^122スン	^112スン	^114スン	^115スン
54	キセノン	7	2	^132ゼー	^129ゼー	^131ゼー	^134ゼー	^136ゼー	^130ゼー	^128ゼー	^124ゼー	^126ゼー
48	カドミウム	6	2	^114CD	^112CD	^111CD	^110CD	^113CD	^116CD	^106CD	^108CD
52	テルル	6	2	^130テ	^128テ	^126テ	^125テ	^124テ	^122テ	^123テ	^120テ
44	ルテニウム	7	—	^102ル	^104ル	^101ル	^99ル	^100ル	^96ル	^98ル
66	ジスプロシウム	7	—	^164ダイ	^162ダイ	^163ダイ	^161ダイ	^160ダイ	^158ダイ	^156ダイ
70	イッテルビウム	7	—	^174Yb	^172Yb	^173Yb	^171Yb	^176Yb	^170Yb	^168Yb
80	水銀	7	—	^202水銀	^200水銀	^199水銀	^201水銀	^198水銀	^204水銀	^196水銀
42	モリブデン	6	1	^98モ	^96モ	^95モ	^92モ	^100モ	^97モ	^94モ
56	バリウム	6	1	^138バ	^137バ	^136バ	^135バ	^134バ	^132バ	^130バ
64	ガドリニウム	6	1	^158神様	^160神様	^156神様	^157神様	^155神様	^154神様	^152神様
60	ネオジム	5	2	^142ンド	^144ンド	^146ンド	^143ンド	^145ンド	^148ンド	^150ンド
62	サマリウム	5	2	^152小	^154小	^147小	^149小	^148小	^150小	^144小
76	オスミウム	5	2	^192オス	^190オス	^189オス	^188オス	^187オス	^186オス	^184オス
46	パラジウム	6	—	^106パッド	^108パッド	^105パッド	^110パッド	^104パッド	^102パッド
68	エルビウム	6	—	^166えー	^168えー	^167えー	^170えー	^164えー	^162えー
20	カルシウム	5	1	^40カルシウム	^44カルシウム	^42カルシウム	^48カルシウム	^43カルシウム	^46カルシウム
34	セレン	5	1	^80セ	^78セ	^76セ	^82セ	^77セ	^74セ
36	クリプトン	5	1	^84クル	^86クル	^82クル	^83クル	^80クル	^78クル
72	ハフニウム	5	1	^180HF	^178HF	^177HF	^179HF	^176HF	^174HF
78	白金	5	1	^195Pt	^194Pt	^196Pt	^198Pt	^192Pt	^190Pt
22	チタン	5	—	^48ティ	^46ティ	^47ティ	^49ティ	^50ティ
28	ニッケル	5	—	^58ニ	^60ニ	^62ニ	^61ニ	^64ニ
30	亜鉛	5	—	^64亜鉛	^66亜鉛	^68亜鉛	^67亜鉛	^70亜鉛
32	ゲルマニウム	4	1	^74ゲ	^72ゲ	^70ゲ	^73ゲ	^76ゲ
40	ジルコニウム	4	1	^90Zr	^94Zr	^92Zr	^91Zr	^96Zr
74	タングステン	4	1	^184W	^186W	^182W	^183W	^180W
16	硫黄	4	—	^32S	^34S	^33S	^36S
24	クロム	4	—	^52Cr	^53Cr	^50Cr	^54Cr
26	鉄	4	—	^56鉄	^54鉄	^57鉄	^58鉄
38	ストロンチウム	4	—	^88シニア	^86シニア	^87シニア	^84シニア
58	セリウム	4	—	^140セ	^142セ	^138セ	^136セ
82	鉛	4	—	^208鉛	^206鉛	^207鉛	^204鉛
8	酸素	3	—	^16お	^18お	^17お
10	ネオン	3	—	^20ね	^22ね	^21ね
12	マグネシウム	3	—	^24マグネシウム	^26マグネシウム	^25マグネシウム
14	シリコン	3	—	^28シ	^29シ	^30シ
18	アルゴン	3	—	^40アル	^36アル	^38アル
2	ヘリウム	2	—	^4彼	^3彼
6	炭素	2	—	^12C	^13C
92	ウラン	0	2	^238U [ b ]	^235あなた
4	ベリリウム	1	—	^9なれ
90	トリウム	0	1	^232Th [ b ]

奇数Z元素の原始同位体

Z	要素	安定[ 1 ]	崩壊[ 1 ]	太字で不安定 ピンク色の奇数中性子数
19	カリウム	2	1	^39K	^41K	^40K
1	水素	2	—	^1H	^2H
3	リチウム	2	—	^7李	^6李
5	ボロン	2	—	^11B	^10B
7	窒素	2	—	^14北	^15北
17	塩素	2	—	^35塩素	^37塩素
29	銅	2	—	^63銅	^65銅
31	ガリウム	2	—	^69ガ	^71ガ
35	臭素	2	—	^79Br	^81Br
47	銀	2	—	^107農業	^109農業
51	アンチモン	2	—	^121SB	^123SB
73	タンタル	2	—	^181タ	^180メートルタ
77	イリジウム	2	—	^193イル	^191イル
81	タリウム	2	—	^205テル	^203テル
23	バナジウム	1	1	^51V	^50V
37	ルビジウム	1	1	^85Rb	^87Rb
49	インジウム	1	1	^115で	^113で
57	ランタン	1	1	^139ラ	^138ラ
63	ユーロピウム	1	1	^153欧州連合	^151欧州連合
71	ルテチウム	1	1	^175ルー	^176ルー
75	レニウム	1	1	^187再	^185再
9	フッ素	1	—	^19F
11	ナトリウム	1	—	^23ナ
13	アルミニウム	1	—	^27アル
15	リン	1	—	^31P
21	スカンジウム	1	—	^45Sc
25	マンガン	1	—	^55マン
27	コバルト	1	—	^59共同
33	砒素	1	—	^75として
39	イットリウム	1	—	^89はい
41	ニオブ	1	—	^93注記
45	ロジウム	1	—	^103ロジウム
53	ヨウ素	1	—	^127私
55	セシウム	1	—	^133Cs
59	プラセオジム	1	—	^141広報
65	テルビウム	1	—	^159結核
67	ホルミウム	1	—	^165ホー
69	ツリウム	1	—	^169TM
79	金	1	—	^197オー
83	ビスマス	0	1	^209バイ

原始同位体を持たない元素

原始同位体は存在しない

Z	要素	最も長寿命の同位体
		t ^1⁄2[ f ] [ 1 ]	シンボル
94	プルトニウム	8.13 × 10 ^7 年	^244プ
96	キュリウム	1.56 × 10 ^7 年	^247Cm
43	テクネチウム	4.21 × 10 ^6 年	^97Tc [ a ]
93	ネプツニウム	2.14 × 10 ^6 年	^237いいえ
91	プロトアクチニウム	3.27 × 10 ^4 年	^231パ
95	アメリシウム	7.35 × 10 ^3 年	^243午前
88	ラジウム	1.60 × 10 ^3 年	^226ラ
97	バークリウム	1.38 × 10 ^3 年	^247バック
98	カリホルニウム	900 年	^251参照
84	ポロニウム	124 年	^209ポー
89	アクチニウム	21.772 年	^227アク
61	プロメチウム	17.7 年	^145午後[ a ]
99	アインシュタイニウム	1.293 年	^252Es [ d ]
100	フェルミウム	100.5 日	^257Fm [ d ]
101	メンデレビウム	51.6 日	^258Md [ d ]
86	ラドン	3.823 日	^222ルン
105	ドブニウム	16 時間	^268Db [ d ]
103	ローレンシウム	11 時間	^266Lr [ d ]
85	アスタチン	8.1 時間	^210で
102	ノーベリウム	58分	^259いいえ[ d ]
104	ラザホーディウム	48 分	^267Rf [ d ]
87	フランシウム	22 分	^223神父
106	シーボーギウム	14 分	^269Sg [ d ]
107	ボーリウム	2.4 分	^270Bh [ d ]
111	レントゲン	1.7 分	^282Rg [ d ]
112	コペルニシウム	28 秒	^285Cn [ d ]
108	ハッシウム	16 秒	^269Hs [ d ]
110	ダルムシュタット	12.7 秒	^281Ds [ d ]
113	ニホニウム	9.5 秒	^286Nh [ d ]
109	マイトネリウム	4.5 秒	^278山[ d ]
114	フレロビウム	1.9 秒	^289Fl [ d ]
115	モスコビウム	650 ミリ秒	^290マク[ d ]
116	リバモリウム	57 ミリ秒	^293Lv [ d ]
117	テネシン	51 ミリ秒	^294Ts [ d ]
118	オガネソン	690μs ​	^294オグ[ d ]

最も安定した同位体の半減期に応じて色分けされた元素の周期表。

参照

• 安定の島
• 同位体 § 核の性質と安定性
• 核種一覧
• 半減期別放射性核種一覧
• 原始核種
• 安定核種
• 安定同位体比
• 核種表

脚注

1. テクネチウムとプロメチウムに安定同位体がない理由については、「テクネチウム同位体の安定性」および「プロメチウム同位体の安定性」を参照してください。
2. これら3つの原始的だが不安定な元素のうち、さらに2つの非原始的同位体が自然界に大量に存在します。²³⁴Uと²³⁰Th、放射性崩壊生成物として²³⁸U .
3. 放射性元素のさまざまな産業および医療への応用については、放射性核種、核医学、一般的なベータ線放出体、一般的に使用されるガンマ線放出同位体、フッ素-18、コバルト-60、ストロンチウム-90、テクネチウム-99m、ヨウ素-123、ヨウ素-124、プロメチウム-147、イリジウム-192などを参照してください。
4. カリホルニウムよりも原子番号が大きい元素（Z>98）の場合、既知の同位体よりも安定した未発見の同位体が存在する可能性があります。
5. 地球上にも極めて長い半減期を持つ不安定同位体が存在し、中には特定の元素のすべての安定同位体よりも豊富なものもあります（例えば、ベータ活性の¹⁸⁷ Reは安定な¹⁸⁵ Reの2倍の量です）。また、同位体の自然存在比が大きいということは、その同位体が現在の地球（そしてもちろん太陽系の残りの部分）を構成する物質を生み出した恒星内元素合成プロセスによって形成されやすかったことを意味します（太陽系の形成と進化も参照）。アルゴンの場合、宇宙的に希少な⁴⁰地球上ではArが優勢³⁶アルゴンは揮発性が高いため、地球の初期の原始大気中に留まることはできなかったが、⁴⁰Arは長寿命で非揮発性の崩壊生成物である⁴⁰K。地球の大気中のアルゴンの大部分はカリウム40の崩壊によって生成する。宇宙に存在するアルゴンの大部分はそうではない。現在、地球上のカリウムの0.012%（120 ppm ）が⁴⁰K .地球の年齢と太陽の半減期を考慮すると、⁴⁰K（12億4800万年）のこの比率は、惑星が最初に形成された当時は約1桁高かった。その後崩壊したこの比率の約10.72%は⁴⁰Kが生産⁴⁰Ar、残りは崩壊して⁴⁰約.
6. 凡例: yr=年、d=日、h=時、min=分、s=秒。

参考文献

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