na-23

23	Na
11	Na

Natrium-23 ist ein natürliches und stabiles Isotop des chemischen Elements Natrium, das neben den elementspezifischen 11 Protonen 12 Neutronen im Atomkern aufweist, woraus die Massenzahl 23 resultiert. ²³Na ist das einzige stabile Nuklid des Natriums; es handelt sich damit um ein monoisotopisches Element.

Als eigenständiges Isotop wurde ²³Na erstmals 1921 mit Hilfe eines sogenannten Cavendish-Massenspektrografen identifiziert [1].

Siehe auch: Übersicht über die Natrium-Isotope.

Allgemeine Daten

Bezeichnung des Isotops:Natrium-23, Na-23Englische Bezeichnung:Sodium-23Symbol:²³NaMassenzahl A:23Kernladungszahl Z:11 (= Anzahl der Protonen)Neutronenzahl N:12Isotopenmasse:22,98976928(2) u (Atommasse)Nuklidmasse:22,9837349 u (berechnete Kernmasse ohne Elektronen)Massenexzess:-9,52985 MeV (Massenüberschuss)Massendefekt:0,200285064 u (pro Atomkern)Kernbindungsenergie:186,56433541 MeV (pro Atomkern)
8,11149284 MeV (Bindungsenergie im ∅ pro Nukleon)Separationsenergie:S_N = 12,41978(13) MeV (Trennungsenergie 1. Neutron)
S_P = 8,794109(18) MeV (Trennungsenergie 1. Proton)Halbwertszeit:stabilKernspin:3/2+Kernmagnetisches Moment:μ(μ_N) = +2,21750(3)Ladungsradius:2,9936(21) Femtometer fmSpiegelkern:Magnesium-23Entdeckungsjahr:1921

Ausgangsnuklide

Direkte Mutternuklide sind: ²³Mg, ²³Ne.

Natürliches Vorkommen

Vergleich der natürlichen Natrium-Isotope inklusive Isotopenhäufigkeit (Stoffmengenanteil am Isotopengemisch in Prozent):

	Atommasse A_r	Anteil	Halbwertszeit	Spin
Natrium Isotopengemisch	22,98976928 u	100 %
Isotop ²⁴Na	23,990963012(18) u		14,956(3) Stunden	4+
Isotop ²²Na	21,99443755(14) u		2,6018(22) Jahre	3+
Isotop ²³Na	22,98976928(2) u	100 %	stabil	3/2+

Verwendung

Es gibt in Technik und Medizin verschiedene Anwendungen, die auf den nuklearen bzw. kernmagnetischen Eingenschaften des Nuklids Natrium-23 beruhen, besonders als kernspinresonanzaktives Isotop (siehe unten) in der NMR-Spektroskopie.

Unter den verschiedenen Analysetechniken ist die Na-23-Kernspinresonanz (²³Na-NMR) ein leistungsstarkes Werkzeug zur Untersuchung der chemischen Wechselwirkungen und des dynamischen Verhaltens der allgegenwertigen Natriumionen. Hierbei spielt insbsondere die Relaxation eine bedeutende Rolle, ein Vorgang bei der Kernspinresonanzspektroskopie und der Magnetresonanztomographie (MRT), der das zeitliche Zurückfallen (Relaxationszeit) der Kernspin-Magnetisierung in den Gleichgewichtszustand beschreibt und - je nach Atomkern - auf unterschiedlichen Relaxationsmechanismen beruht [6].

In der Praxis eröffnen sich mit den entsprechenden Techniken verschiedenste Untersuchungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel das Lösungsverhalten von Natriumionen [1] oder auch die Festkörper-NMR-Analyse der NIB-Elektrodenmaterialien von Na-Ionen-Batterien [4].

In der Biochemie dient die ²³Na-NMR-Spektroskopie der Erforschung von Stoffwechselvorgängen, an denen häufig Na-Ionen beteiligt sind, sowie der Aufklärung von Struktur und Funktion von Biomolekülen wie beispielsweise den Proteinen und der DNA [5].

Die Medizin schließlich nutzt Natrium-23 in Form der ²³Na-Magnetresonanztomographie (²³Na-MRT) als Biomarker und zur Diagnose bzw. Prognose verschiedener Krankheiten und des Energiestoffwechsels sowie zur Bildgebung [3].

NMR-Daten

Nuklearmagnetische Eigenschaften und Daten für das NMR-aktive Nuklid ²³Na.

Bezeichnung:²³Na-NMRAnteil:100 %Kernspin:3/2+Kernmagnetisches Moment
μ/μ_N:+2,21750(3)Gyromagnetisches Verhältnis γ:7,0801 · 10⁷ rad T^-1 s^-1Nuklearer g-Faktor:g_l = 1,4783333333333Quadrupol-Moment Q:+0,104(1) barn (100 fm²)Resonanz-Frequenz:v₀ = 11,2688 bei 1 TFrequenzverhältnis:Ξ(²³Na) = 26,451900 %Relative Empfindlichkeit:0,09270 (H₀ = const.)
1,3234 (v₀ = const.)
[bezogen auf ¹H = 1,000]Referenzsubstanz:0,1 M Natriumchlorid (NaCl) gelöst in Deuteriumoxid (D₂O).

Isotone und Isobare Kerne

Die folgende Tabelle zeigt zum Nuklid Natrium-23 isotone (gleiche Neutronenzahl N = 12) und isobare (gleiche Nukleonenzahl A = 23) Atomkerne. Natürlich auftretende Isotope sind grün markiert; hellgrün = Radionuklide.

OZ	Isotone N = 12	Isobare A = 23
4	¹⁶Be
5	¹⁷B
6	¹⁸C
7	¹⁹N	²³N
8	²⁰O	²³O
9	²¹F	²³F
10	²²Ne	²³Ne
11	²³Na	²³Na
12	²⁴Mg	²³Mg
13	²⁵Al	²³Al
14	²⁶Si	²³Si
15	²⁷P
16	²⁸S
17	²⁹Cl
18	³⁰Ar

Externe Daten und Identifikatoren

Energieniveaus:NuDat 23Na (Adopted Levels, Gammas)

Literatur und Quellen

[1] - F. W. ASTON:
The Constitution of the Alkali Metals.
In: Nature, 107, 72, (1921), DOI 10.1038/107072b0.

[2] - E. G. Bloor, R. G. Kidd:
Solvation of sodium ions studied by ²³Na nuclear magnetic resonance.
In: Canadian Journal of Chemistry, 46, 22, (1968), DOI 10.1139/v68-569.

[3] - Linda Osei Poku, M. Phil, Yongna Cheng, Kai Wang, Xilin Sun:
²³Na-MRI as a Noninvasive Biomarker for Cancer Diagnosis and Prognosis.
In: JMRI, 53, 4, 995-1014, (2020), DOI 10.1002/jmri.27147.

[4] - Dr. Kazuma Gotoh:
²³Na Solid-State NMR Analyses for Na-Ion Batteries and Materials.
In: Batteries & Supercaps, 4, 8, 1267-1278, (2021), DOI 10.1002/batt.202000295.

[5] - Binhan Yu, Karina G. Bien, Channing C. Pletka, Junji Iwahara:
Dynamics of Cations around DNA and Protein as Revealed by ²³Na Diffusion NMR Spectroscopy.
In: Analytical Chemistry, 94, 4, 2444-2452, (2022), DOI 10.1021/acs.analchem.1c04197.

[6] - Yifan Song, Yu Yin, Qinlong Chen, Alessandro Marchetti, Xueqian Kong:
²³Na relaxometry: An overview of theory and applications.
In: Magnetic Resonance Letters, 3, 2, 150-174, (2023), DOI 10.1016/j.mrl.2023.04.001.

Letzte Änderung am 24.10.2024.

Permalink: https://www.internetchemie.info/isotop.php?Kern=na-23.

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