Stickstoff-Isotope

Der uns umgebende natürliche Stickstoff besteht aus den stabilen Isotopen ¹⁴N (> 99,5 %) und ¹⁵N (< 0,4 %). Als Quelle des ¹⁴N-Nuklids wird der CNO-Cyclus der stellaren Nucleosynthese angenommen.

Natürlich auftretende Stickstoff-Isotope

	Atommasse A_r	Anteil	Halbwertszeit	Spin
Stickstoff Isotopengemisch	14,007 u	100 %
Isotop ¹⁴N	14,003074004251(241) u	99,6205 %	stabil	1+
Isotop ¹⁵N	15,0001088983(6) u	0,3795 %	stabil	1/2-

Die Atommasse des natürlichen Isotopengemischs schwankt auf Grund der variierenden Isotopenverteilung zwischen 14,00643 und 14,00728 u.

Stickstoff-15 findet trotz des geringen Anteils am natürlichen Stickstoff und negativem gyromagnetischem Verhältnis Anwendung in der NMR-Spektroskopie, da das ¹⁵N-NMR-Spektrum breite Linien aufweist.

Üblich sind auch Untersuchungen an ¹⁵N-markierten Proteinen, die in entsprechenden Stickstoff-14-freien Medien kultiviert werden können.

Zusätzlich zu den stabilen Stickstoff-Isotopen sind 14 radioaktive Isotope sowie das Kernisomer ^11mN bekannt, von denen das langlebigste eine Halbwertszeit von weniger als 10 Minuten besitzt.

Isotopentabelle: Stickstoff

Isotop Nuklid	Z	A	N	Name	Atommasse [Kernmasse] {Massenüberschuss}	Spin I (h/2π)	μ	A-Nuk
1	2	3	4	5	6	7	8	9
⁹N	7	9	2	Stickstoff-9	9 u [8,99616 u] {0 MeV}
¹⁰N	7	10	3	Stickstoff-10	10,04165(43) u [10,03781 u] {38,79673 MeV}	1-,2-
¹¹N	7	11	4	Stickstoff-11	11,026158(5) u [11,022318 u] {24,36602 MeV}	1/2+
^11mN	7	11	4	Stickstoff-11m	11,026158(5) u [11,022318 u] {24,36602 MeV}	1/2-
¹²N	7	12	5	Stickstoff-12	12,0186132(11) u [12,0147732 u] {17,33808 MeV}	1+	+ 0,4571(1)
¹³N	7	13	6	Stickstoff-13	13,00573861(29) u [13,0018986 u] {5,34548 MeV}	1/2-	0,3219(4)	¹³O
¹⁴N	7	14	7	Stickstoff-14	14,003074004251(241) u [13,999234 u] {2,86342 MeV}	1+	+0,403573(2)	¹⁴O ¹⁴C
¹⁵N	7	15	8	Stickstoff-15	15,0001088983(6) u [14,9962689 u] {0,10144 MeV}	1/2-	-0,28318884(5)	¹⁵O ¹⁵C
¹⁶N	7	16	9	Stickstoff-16	16,0061019(25) u [16,0022619 u] {5,68388 MeV}	2-	1,9856(11)	¹⁶C ¹⁷C
^16mN	7	16	9	Stickstoff-16m	16,0061019(25) u [16,0022619 u] {5,68388 MeV}	0-
¹⁷N	7	17	10	Stickstoff-17	17,008449(16) u [17,004609 u] {7,87019 MeV}	1/2-	0,3552(4)	¹⁷C
¹⁸N	7	18	11	Stickstoff-18	18,014078(20) u [18,010238 u] {13,11357 MeV}	1-	0,3273(4)	¹⁸C
¹⁹N	7	19	12	Stickstoff-19	19,017022(18) u [19,013182 u] {15,85589 MeV}	1/2-	0,305(15)
²⁰N	7	20	13	Stickstoff-20	20,02337(8) u [20,01953 u] {21,76901 MeV}	(2-)		²⁰C
²¹N	7	21	14	Stickstoff-21	21,02709(14) u [21,02325 u] {25,23417 MeV}	(1/2-)		²²C
²²N	7	22	15	Stickstoff-22	22,03410(22) u [22,03026 u] {31,76395 MeV}	(0-)
²³N	7	23	16	Stickstoff-23	23,03942(45) u [23,03558 u] {36,71949 MeV}	1/2-
²⁴N	7	24	17	Stickstoff-24	24,05039(43) u [24,04655 u] {46,93798 MeV}
²⁵N	7	25	18	Stickstoff-25	25,06010(54) u [25,05626 u] {55,98279 MeV}	1/2-

Isotop	Zerfall (radioaktiver Zerfall)				AE	Mehr
	Halbwertszeit	Zerfallsart	Anteil	Energie		Info
1	10	11	12	13	14	15
N-9	< 1 as	5p zu ⁴He
N-10	0,180(13) zs	p zu ⁹C	100 %	23,101(400) MeV		AL
N-11	585(7) ys	p zu ¹⁰C	100 %	1,827 MeV		AL
N-11m	6,9(80) × 10^-22 s	p zu ¹⁰C	100 %	2,567 MeV	730(70) keV	AL
N-12	11,000(16) ms	β⁺ zu ¹²C β⁺, α zu ⁸Be	98,07 % 1,93(4) %	17,3381(10) MeV		AL
N-13	9,965(4) Minuten	β⁺ zu ¹³C	100 %	2,22047(27) MeV		AL
N-14	stabil					AL
N-15	stabil					AL
N-16	7,13(2) s	β^- zu ¹⁶O β^-, α zu ¹²C	99,99846(5) % 0,00154(5) %	10,4209(23) MeV 3,2590(23) MeV		AL
N-16m	5,25(6) μs	Iso ¹⁶N β^- ¹⁶O	99,9996 % 0,0004 %		120,42(12) keV
N-17	4.173(4) s	β^- zu ¹⁷O β^-, n zu ¹⁶O β^-, α zu ¹³C	4,9(7) % 95,1(7) % 0,0025(4) %	8,679(15) MeV 4,537 MeV		AL
N-18	619,2(19) ms	β^- zu ¹⁸O β^-, n zu ¹⁷O β^-, α zu ¹⁴C β^-, 2n zu ¹⁶O	80,8(16) % 7,0(15) % 12,2(6) % ?	13,896(19) MeV 5,851(19) MeV		AL
N-19	336(3) ms	β^- zu ¹⁹O β^-, n zu ¹⁸O	58,2(9) % 41,8(9) %	12,523(17) MeV 8,568(16) MeV		AL
N-20	136(3) ms	β^- zu ²⁰O β^-, n zu ¹⁹O β^-, 2n zu ¹⁸O	57,1(14) % 42,9(14) % ?	17,97(8) MeV 10,362(79) MeV		AL
N-21	85(5) ms	β^- zu ²¹O β^-, n zu ²⁰O β^-, n zu ¹⁹O	13(3) % 87(3) % ?	17,17(13) MeV 13,364(134) MeV		AL
N-22	23(3) ms	β^- zu ²²O β^-, n zu ²¹O β^-, 2n zu ²⁰O	54,0(42) % 34(3) % 12(3) %	22,48(22) MeV 15,63(21)		AL
N-23	13,9(14) ms	β^- zu ²³O β^-, n zu ²²O β^-, 2n zu ²¹O β^-, 3n zu ²⁰O	46,6(72) % 42(6) % 8(4) % < 3,4 %	22,10(44) MeV 19,366(424) MeV		AL
N-24	52 ns	n zu ²³N	?			AL
N-25	< 260 ns	n ? zu ²⁴N				AL

Erläuterungen zu den einzelnen Spalten:

1 - Symbol mit Nukleonenzahl.
2 - Z = Anzahl der Protonen (Ordnungszahl).
3 - Massenzahl A.
4 - N = Anzahl der Neutronen.
5 - Bezeichnung des Stickstoff-Isotops; gegebenenfalls Trivialnamen.
6 - Relative Atommasse des Stickstoff-Isotops (Isotopenmasse inklusive Elektronen) und in eckigen Klammern die Masse des Atomkerns (Kernmasse, Nuklidmasse ohne Elektronen), jeweils bezogen auf ¹²C = 12,00000 [2]. Zusätzlich ist der Massenüberschuss (Massenexzess) in MeV angegeben.
7 - Kernspin I, Einheit: h/2π.
8 - Kernmagnetisches Moment μ_mag.
9 - Ausgangsnuklide: Mögliche, angenommene oder tatsächliche Ausgangs-Nuklide (Mutternuklide, Elternnuklide). Die entsprechenden Zerfalls-Modi sind gegebenenfalls bei den Daten des jeweiligen Ausgangsnuklids zu finden.
10 - Zerfall: Halbwertszeiten des Stickstoff-Isotops mit a = Jahre; ; d = Tage; h = Stunden; min = Minuten; s = Sekunden.
11 - Zerfall: Zerfallsart in die jeweiligen Tochternuklide mit n = Neutronenemission; p = Protonenemission; α = Alpha-Zerfall; ß^- = Beta-Minus-Zerfall unter Elektronenemission; EE = Elektroneneinfang; ß⁺ = Positronenemission; ε = ß⁺ und/oder EE; Iso = Isomerieübergang; CZ = Cluster-Zerfall; SZ = Spontanzerfall.
12 - Zerfall: Zerfallsanteil in Prozent (%).
13 - Zerfall: Zerfallsenergie; Partikelenergie bezogen auf Zerfallsart.
14 - AE = Anregungsenergie für metastabile Kerne.
15 - Sonstige Informationen und Hinweise: AL = Weitere Niveaus, so genannte Adopted Levels (Verlinkung auf externe Daten [1]).

Sonstige:

()- Eingeklammerte Ziffern: Unsicherheit zur Darstellung der Streubreite des angegebenen Wertes.
~ - Theoretische Werte oder systematische Trends.
- ungelistet-: Nuklide, die in der Literatur bereits erwänhnt wurden, aber aus irgendwelchen Gründen in den aktuellen Nuklidtabellen nicht mehr zu finden sind, weil sich deren Entdeckung z. B. nicht bestätigt hat.

NMR-aktive Stickstoff-Nuklide

Nuklid Anteil Spin I	Kernmagnetisches Moment μ/μ_N	Gyromagnetisches Verhältnis 10⁷ rad T^-1 s^-1	Quadrupol- Moment Q [barn]	Resonanz- Frequenz v₀ bei 1 T	Relative Empfindlichkeit H₀ = const. v₀ = const. *
¹²N 1+	+ 0,4571(1)		+0,0098(9)
¹⁴N 99,6205 % 1+	+0,403573(2)	1,9337792	0,02044(3)	3,0777	0,00101 0,1928
¹⁵N 0,3795 % 1/2-	-0,28318884(5)	–2,71261804		4,3173	0,00104 0,1014

*) bezogen auf ¹H = 1,000

Strahlenschutz

Für den Umgang mit den Stickstoff-Radionukliden gelten gemäß Strahlenschutzverordnung (StrlSchV 2018) unter anderem folgende Werte (Spalten 1 bis 7):

Nuklid	Freigrenzen		HRQ-Schwelle	OFK	Tochternuklide	Halbwertszeit
N-13	10⁹ Bq	100 Bq/g	0,06 TBq			< 10 Minuten

(HRQ = Hochradioaktive Quellen; OFK = Oberflächenkontamination)

Kernisobare Nuklide des Stickstoffs

Zu den Stickstoff-Nukliden isobare Atomkerne befinden sich in der jeweiligen Tabellenzeile; Z = Ordnungszahl; A = Nukleonenzahl (Massenzahl).

Z:	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
A	He	Li	Be	B	C	N	O	F	Ne	Na	Mg	Al	Si	P
10	¹⁰He	¹⁰Li	¹⁰Be	¹⁰B	¹⁰C	¹⁰N
11		¹¹Li	¹¹Be	¹¹B	¹¹C	¹¹N
12		¹²Li	¹²Be	¹²B	¹²C	¹²N	¹²O
13			¹³Be	¹³B	¹³C	¹³N	¹³O
14			¹⁴Be	¹⁴B	¹⁴C	¹⁴N	¹⁴O	¹⁴F
15			¹⁵Be	¹⁵B	¹⁵C	¹⁵N	¹⁵O	¹⁵F
16			¹⁶Be	¹⁶B	¹⁶C	¹⁶N	¹⁶O	¹⁶F	¹⁶Ne
17				¹⁷B	¹⁷C	¹⁷N	¹⁷O	¹⁷F	¹⁷Ne
18				¹⁸B	¹⁸C	¹⁸N	¹⁸O	¹⁸F	¹⁸Ne	¹⁸Na
19				¹⁹B	¹⁹C	¹⁹N	¹⁹O	¹⁹F	¹⁹Ne	¹⁹Na	¹⁹Mg
20					²⁰C	²⁰N	²⁰O	²⁰F	²⁰Ne	²⁰Na	²⁰Mg
21					²¹C	²¹N	²¹O	²¹F	²¹Ne	²¹Na	²¹Mg	²¹Al
22					²²C	²²N	²²O	²²F	²²Ne	²²Na	²²Mg	²²Al	²²Si
23						²³N	²³O	²³F	²³Ne	²³Na	²³Mg	²³Al	²³Si
24						²⁴N	²⁴O	²⁴F	²⁴Ne	²⁴Na	²⁴Mg	²⁴Al	²⁴Si	²⁴P
25						²⁵N	²⁵O	²⁵F	²⁵Ne	²⁵Na	²⁵Mg	²⁵Al	²⁵Si	²⁵P

Kernisotone Nuklide des Stickstoffs

Die zu den Stickstoff-Kernen isotonen Nuklide befinden sich in der jeweiligen Tabellenzeile; N = Anzahl der Neutronen.

3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
⁴H	⁵H	⁶H	⁷H
⁵He	⁶He	⁷He	⁸He	⁹He	¹⁰He
⁶Li	⁷Li	⁸Li	⁹Li	¹⁰Li	¹¹Li	¹²Li
⁷Be	⁸Be	⁹Be	¹⁰Be	¹¹Be	¹²Be	¹³Be	¹⁴Be	¹⁵Be	¹⁶Be
⁸B	⁹B	¹⁰B	¹¹B	¹²B	¹³B	¹⁴B	¹⁵B	¹⁶B	¹⁷B	¹⁸B	¹⁹B	²⁰B	²¹B
⁹C	¹⁰C	¹¹C	¹²C	¹³C	¹⁴C	¹⁵C	¹⁶C	¹⁷C	¹⁸C	¹⁹C	²⁰C	²¹C	²²C
¹⁰N	¹¹N	¹²N	¹³N	¹⁴N	¹⁵N	¹⁶N	¹⁷N	¹⁸N	¹⁹N	²⁰N	²¹N	²²N	²³N	²⁴N	²⁵N
	¹²O	¹³O	¹⁴O	¹⁵O	¹⁶O	¹⁷O	¹⁸O	¹⁹O	²⁰O	²¹O	²²O	²³O	²⁴O	²⁵O	²⁶O
		¹⁴F	¹⁵F	¹⁶F	¹⁷F	¹⁸F	¹⁹F	²⁰F	²¹F	²²F	²³F	²⁴F	²⁵F	²⁶F	²⁷F
		¹⁵Ne	¹⁶Ne	¹⁷Ne	¹⁸Ne	¹⁹Ne	²⁰Ne	²¹Ne	²²Ne	²³Ne	²⁴Ne	²⁵Ne	²⁶Ne	²⁷Ne	²⁸Ne
				¹⁸Na	¹⁹Na	²⁰Na	²¹Na	²²Na	²³Na	²⁴Na	²⁵Na	²⁶Na	²⁷Na	²⁸Na	²⁹Na
				¹⁹Mg	²⁰Mg	²¹Mg	²²Mg	²³Mg	²⁴Mg	²⁵Mg	²⁶Mg	²⁷Mg	²⁸Mg	²⁹Mg	³⁰Mg
					²¹Al	²²Al	²³Al	²⁴Al	²⁵Al	²⁶Al	²⁷Al	²⁸Al	²⁹Al	³⁰Al	³¹Al
					²²Si	²³Si	²⁴Si	²⁵Si	²⁶Si	²⁷Si	²⁸Si	²⁹Si	³⁰Si	³¹Si	³²Si
						²⁴P	²⁵P	²⁶P	²⁷P	²⁸P	²⁹P	³⁰P	³¹P	³²P	³³P
							²⁶S	²⁷S	²⁸S	²⁹S	³⁰S	³¹S	³²S	³³S	³⁴S
								²⁸Cl	²⁹Cl	³⁰Cl	³¹Cl	³²Cl	³³Cl	³⁴Cl	³⁵Cl
									³⁰Ar	³¹Ar	³²Ar	³³Ar	³⁴Ar	³⁵Ar	³⁶Ar
										³²K	³³K	³⁴K	³⁵K	³⁶K	³⁷K
											³⁴Ca	³⁵Ca	³⁶Ca	³⁷Ca	³⁸Ca
												³⁶Sc	³⁷Sc	³⁸Sc	³⁹Sc
													³⁸Ti	³⁹Ti	⁴⁰Ti
														⁴⁰V	⁴¹V
														⁴¹Cr	⁴²Cr
														⁴²Mn	⁴³Mn

Literatur und Hinweise

Eigenschaften der Stickstoff-Isotope

[1] - NuDat: National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory, based on ENSDF and the Nuclear Wallet Cards.

[2] - G. Audi et. al.: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nuclear Physics, (2003), DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.

[3] - Live Chart of Nuclides. Nuclear structure and decay data.

Stickstoff: Kernmagnetische Eigenschaften - ¹²N-NMR, ¹⁴N-NMR, ¹⁵N-NMR

[4] - N. J. Stone: Table of nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments. Atomic Data and Nuclear Data Tables, (2005), DOI 10.1016/j.adt.2005.04.001.

[5] - Pekka Pyykkö: Year-2008 nuclear quadrupole moments. Molecular Physics, (2008), DOI 10.1080/00268970802018367.

[6] - Pekka Pyykkö: Year-2017 nuclear quadrupole moments. Molecular Physics, (2018), DOI 10.1080/00268976.2018.1426131.

[7] - N. J. Stone: Table of recommended nuclear magnetic dipole moments. IAEA, (2019).

Weitere Quellen:

[8] - Isotopenhäufigkeiten, Atommassen und Isotopenmassen: Siehe unter dem jeweiligen Stichwort.

Kategorie: Chemische Elemente

Letzte Änderung am 12.12.2022.

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