Mononuklidický prvok je taký chemický prvok, ktorý sa prirodzene nachádza na Zemi ako jediný nuklid (ktorý môže, ale nemusí byť stabilný). Tento jediný nuklid má charakteristickú atómovú hmotnosť. Prirodzený výskyt tohto prvku je potom vyhradený prakticky výlučne na tento jeden izotop, ktorý je stály alebo má dlhý polčas rozpadu. Celkom existuje 21 mononuklidických prvkov. 19 z nich patrí do prvej kategórie (ktoré sú monoizotopické a mononuklidické) a zvyšné 2 (bizmutAž do roku 2003 sa predpokladalo, že 209Bi patrí do prvej skupiny. Potom sa zistilo, že jeho polčas rozpadu je približne 1019 rokov, teda miliardukrát dlhší než je vek vesmíru. Viac pozri na stránke bizmut. a protaktínium) patria do druhej kategórie (sú mononuklidické, ale nie sú monoizotopické, pretože majú nula stabilných nuklidov, nie jeden).

Existuje celkom 26 monoizotopických prvkov, ktoré majú podľa definície len jeden stabilný izotop. Z nich ale 7 nie je mononuklidických, pretože sa v prírode vyskytujú i v podobe rádioizotopov s veľmi dlhým polčasom rozpadu (primordiálnych rádionuklidov).

Zoznam mononuklidických prvkov

Izotopová hmotnosť pochádza od Národného inštitútu štandardov a technológií (2005). PrvokNajstabilnejší nuklidZ (p)N (n)Hmotnosť izotopu (Da)Polčas rozpaduDruhý najstabilnešjší nuklidN (n)Polčas rozpaduBerýlium9Be45 9,012 182(3)Stabilný10Be6 1,387(12)×106 rFluór19F91018,998 403 2(5)Stabilný18F9 109,739(9) minSodík23Na111222,989 770(2)Stabilný22Na11 2,6018(22) yHliník27Al131426,981 538(2)Stabilný26Al13 7,17(24)×105 rFosfor31P151630,973 761(2)Stabilný33P18 25,35(11) dSkandium45Sc212444,955 910(8)Stabilný46Sc25 83,79(4) dMangán55Mn253054,938 049(9)Stabilný53Mn283,7(4)×106 rKobalt59Co273258,933 200(9)Stabilný60Co33 5,2713(8) rArzén75As334274,921 60(2)Stabilný73As40 80,30(6) dYtrium89Y395088,905 85(2)Stabilný88Y49 106,616(13) dNiób93Nb415292,906 38(2)Stabilný92Nb51 3,47(24)×107 rRódium103Rh4558102,905 50(2)Stabilný102mRh57 3,742(10) rJód127I5374126,904 47(3)Stabilný129I76 1,57(4)×107 rCézium133Cs5578132,905 45(2)Stabilný135Cs80 2,3×106 rPrazeodým141Pr5982140,907 65(2)Stabilný143Pr84 13,57(2) d Terbium159Tb6594158,925 34(2)Stabilný158Tb93 180(11) r Holmium165Ho6798 164,930 32(2)Pozorovateľne stabilný163Ho97 4570(25) rTúlium169Tm69100168,934 21(2)Pozorovateľne stabilný171Tm102 1,92(1) rZlato197Au79118196,966 55(2)Pozorovateľne stabilný195Au116 186,098(47) dBizmut209Bi83126208,980 38(2) 2,01(8) 1019 y210mBi127 3,04(6)×106 rProtaktínium231Pa91140231,035 88(2) 3,276(11) 104 y233Pa142 26,975(13) d

Použitie v metrológii Mnohé fyzikálne jednotky boli historicky alebo sú dodnes definované podľa vlastností konkrétnych látok, ktoré sa v mnohých prípadoch vyskytujú v prípade ako zmesi rôznych izotopov, napríklad: JednotkaVeličinaLátkaVlastnosťPočet bežných izotopovAktuálny status (2022)SekundaČasCéziumFrekvencia hyperjemných prechodov1Stále sa používa ako jedna zo základných jednotiek sústavy SIMeterDĺžkaKryptónVlnová dĺžka prechodu6Redefinovaná v roku 1983ViaceréTeplotaVodaTeplota varu, teplota topenia a trojný bod2 pre vodík a 3 pre kyslíkRedefinovaná v roku 2019 alebo sa nepoužívaKalória a British thermal unit (BTU)EnergiaVodaŠpecifická tepelná kapacita2 pre vodík a 3 pre kyslíkKalória bola redefinovaná podľa joulu, BTU sa stále používa. Ani jedna z týchto jednotiek nie je súčasťou SI alebo nie je odporúčané ju používaťMólLátkové množstvoUhlíkAtómová hmotnosť3Redefinovaná v roku 2019DaltonHmotnosťUhlíkAtómová hmotnosť3Stále sa používa a je akceptovaná (ale nie súčasťou) SIKandelaSvietivosťPlatinaJas pri teplote topenia6Redefinovaná v roku 1979Milimeter ortutiTlakOrtuťHustota7Redefinovaná podľa pascalu, nie je súčasťou SI alebo nie je odporúčané ju používať

Keďže vzorky pochádzajúce z rôznych prírodných zdrojov sa môžu líšiť pomerom izotopov, žiadané vlastnosti sa môžu líšiť. Ak by definície nebrali do úvahy izotopové zloženie, mohlo by dôjsť k nejasnostiam a odchýlkam v praktických meraniach jednotiek v rôznych laboratóriách, ako to bolo s kelvinom pred rokom 2007. Ak definícia využíva len jeden izotop (ako je to napríklad pre Dalton) alebo konkrétny pomer izotopov (napríklad Vienna Standard Mean Ocean Water), nedochádza k nejasnostiam, ale pridáva technické obtiaže (prípravu vzoriek s daných pomerom izotopov) a nepresnosti (podľa toho, ako veľmi sa daná vzorka mení od referenčnej vzorky). Použitie mononuklidických prvkov ako referenčných materiálov umožňuje obísť oba tieto problémy a aktuálne jedinou látkou, ktorá sa využíva v aktuálnej definícii jednotiek SI (z roku 2019) je cézium, ktoré je mononuklidické.

Mononuklidické prvky sú vedecky zaujímavé i preto, že ich atómové hmotnosti možno merať veľmi presne, keďže nepresnosť spojená s pomerom izotopov v danej vzorke je minimálna. Iným spôsobom, ako povedať to isté, je, že pre tieto prvky sa štandarná atómová hmotnosť rovná atómovej hmotnosti.N. E. Holden, "Standard Atomic Weight Values for the Mononuclidic Elements - 2001," BNL-NCS-68362, Brookhaven National Laboratory (2001)

V praxi sa používa len 11 mononuklidických prvkov v metrológii využívajúcej štandardnú atómovú hmotnosť. Týmito prvkami sú hliník, bizmut, cézium, kobalt, zlato, mangán, fosfor, skandium, sodík, terbium a tórium.IUPAC list of mononuclidics for metrology purposes

V nukleárnej magnetickej rezonancii (NMR) sú najsenzitívnejšie stabilné jadrá vodík-1 (1H), fluór-19 (19F) a fosfor-31 (31P). Fluór a fosfor sú monoizotopické a vodík je takmer monoizotopický. 1H NMR, 19F NMR a 31P NMR tak umožňujú identifikáciu a štúdium zlúčenín, ktoré obsahujú tieto prvky.

Kontaminácia stopovým množstvom nestabilných izotopov V niektorých prírodných vzorkách môže byť prítomná stopová koncentrácia nestabilných izotopov. Napríklad berýlium-10 (10Be), ktorého polčas rozpadu je 1,4 milióna rokov, vzniká pôsobením kozmického žiarenia vo vyšších vrstvách atmosféry Zeme; jód-129 (129I), ktorého polčas rozpadu je 15,7 milióna rokov, vzniká rôznymi kozmogénnymi a nukleárnymi mechanizmami; cézium-137 (137Cs), ktorého polčas rozpadu je 30 rokov, vzniká štiepením jadier atómov. Tieto izotopy sa používajú v rôznych analytických a forenzných aplikáciách.

Poznámky

Referencie

Pozri aj Primordiálny prvok Zoznam nuklidov Tabuľka nuklidov Izotopová geochémia Rádionuklid Zoznam prvkov podľa stability izotopov

Zdroj

Kategória:Izotopy Kategória:Metrológia Kategória:Chemické prvky