Природне залізо (26Fe) складається з чотирьох стабільних ізотопів: 5,845 % 54Fe (можливо радіоактивного з періодом напіврозпаду більше років), 91,754 % 56Fe, 2,119 % 57Fe і 0,286 %58 Fe. Відомо 24 радіоактивні ізотопи, найбільш стабільні з яких 60Fe (період напіврозпаду 2,6 мільйонів років) і 55Fe (період напіврозпаду 2,7 року).

Велика частина минулої роботи з вимірювання ізотопного складу Fe була зосереджена на визначенні варіацій 60Fe внаслідок процесів, що супроводжують нуклеосинтез (тобто дослідження метеоритів) і утворення руди. Однак за останнє десятиліття прогрес у технології мас-спектрометрії дозволив виявляти та кількісно визначати найменші, природні коливання у співвідношеннях заліза. Значна частина цієї роботи була проведена спільнотами, що займаються вивченням Землі та планет, хоча починають з'являтися застосування до біологічних і промислових систем.

Список ізотопів Символізотопу Z(p) N(n)  Маса ізотопу (u)  Період напіврозпаду ТипирозпадуСкорочення:ЕЗ: електронне захоплення Дочірні ізотопиЖирним для стабільних ізотопів Спін іпарність ядраСпіни зі слабким оцінковим обґрунтуванням взяті в дужки. Поширеність ізотопу в природі(мольна частка) Діапазон розподілув природі(мольна частка)45Fe 26 1945.01458(24)#1.89(49) мс β+ (30 %) 3/2+# 2p (70 %) 46Fe 26 2046.00081(38)#9(4) мс[12(+4-3) мс] β+ (>99.9 %) 0+ β+, p (<.1 %) 47Fe 26 2146.99289(28)#21.8(7) мс β+ (>99.9 %) 7/2−# β+, p (<.1 %) 48Fe 26 2247.98050(8)#44(7) мс β+ (96.41 %) 0+ β+, p (3.59 %) 49Fe 26 2348.97361(16)#70(3) мс β+, p (52 %) (7/2−) β+ (48 %) 50Fe 26 2449.96299(6)155(11) мс β+ (>99.9 %) 0+ β+, p (<.1 %) 51Fe 26 25 50.956820(16) 305(5) мс β+ 5/2− 52Fe 26 26 51.948114(7) 8.275(8) г β+ 0+ 52mFe 6.81(13) МеВ 45.9(6) с β+ (12+)# 53Fe 26 27 52.9453079(19) 8.51(2) хв β+ 7/2− 53mFe 3040.4(3) кеВ 2.526(24) хв ізомерний перехід 53Fe 19/2− 54Fe 26 28 53.9396090(5) 0+ 0.05845(35) 0.05837–0.05861 54mFe 6526.9(6) кеВ 364(7) нс 10+ 55Fe 26 29 54.9382934(7) 2.737(11) років ЕЗ 3/2− 56FeНайменша маса на нуклон для всіх нуклідів. Кінцевий продукт нуклеосинтезу в зорях 26 30 55.9349363(5)Стабільний 0+ 0.91754(36) 0.91742–0.91760 57Fe 26 31 56.9353928(5)Стабільний 1/2− 0.02119(10) 0.02116–0.02121 58Fe 26 32 57.9332744(5)Стабільний 0+ 0.00282(4) 0.00281–0.00282 59Fe 26 33 58.9348755(8) 44.495(9) днів β− 3/2− 60Fe 26 34 59.934072(4) 2.6×106 років β− 0+ 61Fe 26 35 60.936745(21) 5.98(6) хв β− 3/2−,5/2− 61mFe 861(3) кеВ 250(10) нс 9/2+# 62Fe 26 36 61.936767(16) 68(2) с β− 0+ 63Fe 26 37 62.94037(18) 6.1(6) с β− (5/2)− 64Fe 26 38 63.9412(3) 2.0(2) с β− 0+ 65Fe 26 39 64.94538(26) 1.3(3) с β− 1/2−# 65mFe 364(3) кеВ 430(130) нс (5/2−)66Fe 26 4065.94678(32)440(40) мс β− (>99.9 %) 0+ β−, n (<.1 %) 65Co67Fe 26 4166.95095(45)394(9) мс β− (>99.9 %) 1/2−# β−, n (<.1 %) 66Co 67mFe 367(3) кеВ 64(17) μs (5/2−)68Fe 26 4267.95370(75)187(6) мс β− (>99.9 %) 0+ β−, n 67Co69Fe 26 4368.95878(54)#109(9) мс β− (>99.9 %) 1/2−# β−, n (<.1 %) 68Co 70Fe 26 44 69.96146(64)# 94(17) мс 0+ 71Fe 26 45 70.96672(86)# 30# мс[>300 нс] 7/2+# 72Fe 26 46 71.96962(86)# 10# мс[>300 нс] 0+

Атомні маси стабільних нуклідів (54Fe, 56Fe, 57Fe та 58Fe) наведено за допомогою оцінки атомної маси AME2012. Помилки одного стандартного відхилення наведено в дужках після відповідних останніх цифр.

Залізо-54 54Fe — спостережно стабільний ізотоп, але теоретично може розпадатися до 54Cr з періодом напіврозпаду понад років через подвійне захоплення електронів.

Залізо-56

56Fe є найпоширенішим ізотопом заліза. Він також є ізотопом з найменшою масою на нуклон, 930.412 МеВ/c2, хоча не є ізотопом із найвищою енергією ядерного зв'язку на нуклон, яким є нікель-62. Однак через деталі процесу нуклеосинтезу, Fe є більш поширеною кінцевою точкою ланцюгів термоядерного синтезу всередині наднових, де він здебільшого утворюється як 56Ni. Таким чином, 56Ni більш поширений у Всесвіті порівняно з іншими металами, включаючи 62Ni, 58Fe та 60Ni, які мають дуже високу енергію зв'язку.

Висока енергія ядерного зв'язку для 56Fe представляє точку, де подальші ядерні реакції стають енергетично невигідними. Через це він є одним з найважчих елементів, що утворюються в реакціях зоряного нуклеосинтезу в масивних зорях. У цих реакціях зливаються легші елементи, такі як магній, кремній і сірка, з утворенням важчих елементів. Серед утворених більш важких елементів є 56Ni, який згодом розпадається до 56Co, а потім до 56Fe.

Залізо-57 Fe широко використовується в мессбауерівській спектроскопії та пов'язаній завдяки низькій природній варіації енергії ядерного переходу 14,4 кеВ. Відомо, що цей перехід був використаний для першого остаточного вимірювання гравітаційного червоного зміщення в експерименті Паунда-Ребки 1960 року.

Залізо-58 Залізо-58 можна використовувати для боротьби з анемією та низькою абсорбцією заліза, для метаболічного відстеження людських генів, що контролюють залізо, а також для відстеження мікроелементів у природі. Залізо-58 також є допоміжним реагентом у синтезі надважких елементів.

Залізо-60 Залізо-60 — ізотоп заліза з періодом напіврозпаду 2,6 мільйонів років , але до 2009 року вважалося, що період напіврозпаду становить 1,5 мільйонів років. Воно піддається бета-розпаду до кобальту-60, який потім розпадається з періодом напіврозпаду приблизно 5 років до стабільного нікелю-60. Сліди заліза-60 були знайдені в місячних зразках.

У фазах метеоритів та Червоний Кут можна виявити кореляцію між концентрацією 60Ni, дочірнього ізотопу 60Fe, і великою кількістю стабільних ізотопів заліза, що свідчить про існування 60Fe у час утворення Сонячної системи. Можливо, енергія, що виділяється при розпаді 60Fe, разом з енергією, що виділяється при розпаді радіонукліда 26Al, сприяла переплавленню та диференціації астероїдів після їх утворення 4.6 мільярдів років тому. Велика кількість 60Ni, присутнього у позаземному матеріалі, також може дати глибше розуміння походження Сонячної системи та її ранньої історії.

Залізо-60, виявлене в скам'янілих бактеріях у відкладеннях морського дна, свідчить про наявність наднової поблизу Сонячної системи приблизно 2 мільйонів років тому. Залізо-60 також знайдено у відкладеннях з 8 мільйонів років тому. У 2019 році дослідники знайшли міжзоряне 60Fe в Антарктиді, яке вони відносять до Місцевої міжзоряної хмари.

Кобальт-60, продукт розпаду заліза-60, виділяє 1,173 МеВ і 1,333 МеВ під час розпаду. Ці гамма-лінії протягом тривалого часу були важливими цілями для гамма-астрономії, і були виявлені гамма-обсерваторією INTEGRAL. Сигнал простежує площину Галактики, показуючи, що синтез 60Fe триває в нашій Галактиці, і досліджує утворення елементів у масивних зорях.

Примітки

Джерела Маси ізотопів з:

Ізотопний склад і стандартні атомні маси з:

Період напіврозпаду, спін, дані про ізомерію з:

Література