鉛 (Pb)の同位体 (なまりのどういたい)のうち、204 Pb、206 Pb、207 Pb、208 Pbの4種類は、一般に安定同位体 (安定核種)とされている。長い間安定核種と信じられてきた209 Bi は、実は安定核種でなかったことが確認されたため、鉛は安定同位体を持つ既知の元素 の中では最も重い(陽子 の数が多い)とされるようになり、208 Pbが最も重い安定核種とされている。しかし、ビスマス と同様に、実は鉛も安定核種を1つも持っていないのではないかという可能性が示唆されている(後述)。
地球上に現存する鉛の同位体
現在の地球上に存在する鉛の同位体の多くは、一般に安定同位体 とされている、204 Pb、206 Pb、207 Pb、208 Pbの4種類である。ただし、地球には長い半減期を持つウラン やトリウム が現存していて、それらの崩壊の過程で幾つかの鉛の同位体が生成されるため、ごく微量ながらこれ以外の同位体も存在している。まず、238 U を親核種とするウラン系列 によって、半減期26分強の214 Pb、半減期22年強の210 Pbが生成され続けている。また、235 U を親核種とするアクチニウム系列 によって、半減期36分強の211 Pbが生成され続けている。なお、このアクチニウム系列によって生成され続けている223 Raは、クラスタ崩壊 を起こして209 Pbとなることがあるので、半減期3時間強の209 Pbも生成され続けている。さらに、232 Thを親核種とするトリウム系列 によって、半減期10時間強の212 Pbが生成され続けている。これらのために、238 U、235 U、232 Thが残っている限り、209 Pb、210 Pb、211 Pb、212 Pb、214 Pbの5種類の放射性同位体 も無くならない。なお、ウラン系列、アクチニウム系列、トリウム系列が存在するため、地球上のおける鉛の同位体の存在比率は変化し続けている。したがって標準原子量 も不変ではないが、現在の鉛の標準原子量は207.2u である。
鉛の同位体の別名
鉛の同位体のうち、アクチニウム系列、ウラン系列(ラジウム系列 )、トリウム系列に属する同位体は以下の別名でも知られている。
ラジウムB (radium B ) - 214 Pbの別名。
ウラン系列(ラジウム系列)に属している。
ラジウムD (radium D ) - 210 Pbの別名。
ウラン系列(ラジウム系列)に属している。
ラジウムG (radium G ) - 206 Pbの別名。
一般に206 Pbは、238 Uからのウラン系列(ラジウム系列)の最終生成物とされている。
アクチニウムB (actinium B ) - 211 Pbの別名。
アクチニウム系列に属している。
アクチニウムD (actinium D ) - 207 Pbの別名。
一般に207 Pbは、235 Uからのアクチニウム系列の最終生成物とされている。
トリウムB (thorium B ) - 212 Pbの別名。
トリウム系列に属している。
トリウムD (thorium D ) - 208 Pbの別名。
一般に208 Pbは、232 Thからのトリウム系列の最終生成物とされている。
鉛に安定同位体が1つも存在しない可能性
鉛よりも1つ陽子の数が多いビスマスの同位体 のうち209 Bi は、長い間安定核種だと考えられていたものの、実際には半減期 1.9×1019 年の長い寿命を持つ放射性核種 であったことが確認され、これによってビスマス は1つも安定核種を持たない元素であることが明らかとなった。それと同様に、まだ一般には安定核種であると説明されることの多い、204 Pb、206 Pb、207 Pb、208 Pbの4つも、実は全て長い寿命を持った放射性核種ではないかという可能性が指摘されている。まず、204 Pbは、1.4×1017 年以上の半減期を持った放射性核種だと見られていて、α崩壊 を起こして200 Hgになって安定すると考えられてきている。さらに、206 Pbは、実はウラン系列(ラジウム系列)の最終生成物ではなく、あくまでウラン系列に属する途中の生成物であって、実際はα崩壊して202 Hgになって初めて安定するのではないかとの指摘がある。同様に、207 Pbはアクチニウム系列の最終生成物ではなく、あくまでアクチニウム系列に属する途中の生成物であって、実際はα崩壊して半減期約46日強の203 Hgとなり、これがβ崩壊 して203 Tlとなって初めて安定するのではないかとの指摘がある。同じく、208 Pbはトリウム系列の最終生成物ではなく、あくまでトリウム系列に属する途中の生成物であって、実際は2×1019 年以上の半減期を持った放射性核種だと見られていて、これはα崩壊して204 Hgになって初めて安定すると考えられてきている。これらが全て正しいとすると、実は鉛も1つも安定同位体を持たない元素だということになり、既知の元素の中で最も陽子の数の多い安定な元素の座を譲ることとなる。ここまでの内容については、今後の研究が待たれる部分である。
なお、この他の鉛の同位体は一般にも全て放射性同位体であると認識されている。比較的半減期の長い(寿命の長い)核種としては、次のような核種がある。
205 Pb - 半減期約1510万年。電子捕獲 によって205 Tlに変化して安定する。
202 Pb - 半減期約52500年。主に電子捕獲によって202 Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。ただし、1%程度はα崩壊によって198 Hgに変化して安定する。
210 Pb - 半減期約22.6年。主にβ崩壊によって210 Biに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。ただし、ごくごく一部はα崩壊によって206 Hgに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
203 Pb - 半減期約51.87時間。電子捕獲によって203 Tlに変化して安定する。
200 Pb - 半減期約21.5時間。陽電子 を放出して200 Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
212 Pb - 半減期約10.64時間。β崩壊によって212 Biに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
201 Pb - 半減期約9.33時間。陽電子を放出して201 Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
209 Pb - 半減期約3.25時間。β崩壊によって209 Biに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
198 Pb - 半減期約2.4時間。陽電子を放出して198 Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
199 Pb - 半減期約90分で、陽電子を放出して199 Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
残りの核種は全て半減期が1時間以内である。
一覧
同位体核種
Z(p )
N(n )
同位体質量 (u )
半減期
核スピン数
天然存在比
天然存在比 (範囲)
励起エネルギー
178 Pb
82
96
178.003830(26)
0.23(15) ms
0+
179 Pb
82
97
179.00215(21)#
3# ms
5/2-#
180 Pb
82
98
179.997918(22)
4.5(11) ms
0+
181 Pb
82
99
180.99662(10)
45(20) ms
5/2-#
182 Pb
82
100
181.992672(15)
60(40) ms [55(+40-35) ms]
0+
183 Pb
82
101
182.99187(3)
535(30) ms
(3/2-)
183m Pb
94(8) keV
415(20) ms
(13/2+)
184 Pb
82
102
183.988142(15)
490(25) ms
0+
185 Pb
82
103
184.987610(17)
6.3(4) s
3/2-
185m Pb
60(40)# keV
4.07(15) s
13/2+
186 Pb
82
104
185.984239(12)
4.82(3) s
0+
187 Pb
82
105
186.983918(9)
15.2(3) s
(3/2-)
187m Pb
11(11) keV
18.3(3) s
(13/2+)
188 Pb
82
106
187.980874(11)
25.5(1) s
0+
188m1 Pb
2578.2(7) keV
830(210) ns
(8-)
188m2 Pb
2800(50) keV
797(21) ns
189 Pb
82
107
188.98081(4)
51(3) s
(3/2-)
189m Pb
40(30)# keV
1# min
(13/2+)
190 Pb
82
108
189.978082(13)
71(1) s
0+
190m1 Pb
2614.8(8) keV
150 ns
(10)+
190m2 Pb
2618(20) keV
25 µs
(12+)
190m3 Pb
2658.2(8) keV
7.2(6) µs
(11)-
191 Pb
82
109
190.97827(4)
1.33(8) min
(3/2-)
191m Pb
20(50) keV
2.18(8) min
13/2(+)
192 Pb
82
110
191.975785(14)
3.5(1) min
0+
192m1 Pb
2581.1(1) keV
164(7) ns
(10)+
192m2 Pb
2625.1(11) keV
1.1(5) µs
(12+)
192m3 Pb
2743.5(4) keV
756(21) ns
(11)-
193 Pb
82
111
192.97617(5)
5# min
(3/2-)
193m1 Pb
130(80)# keV
5.8(2) min
13/2(+)
193m2 Pb
2612.5(5)+X keV
135(+25-15) ns
(33/2+)
194 Pb
82
112
193.974012(19)
12.0(5) min
0+
195 Pb
82
113
194.974542(25)
~15 min
3/2#-
195m1 Pb
202.9(7) keV
15.0(12) min
13/2+
195m2 Pb
1759.0(7) keV
10.0(7) µs
21/2-
196 Pb
82
114
195.972774(15)
37(3) min
0+
196m1 Pb
1049.20(9) keV
<100 ns
2+
196m2 Pb
1738.27(12) keV
<1 µs
4+
196m3 Pb
1797.51(14) keV
140(14) ns
5-
196m4 Pb
2693.5(5) keV
270(4) ns
(12+)
197 Pb
82
115
196.973431(6)
8.1(17) min
3/2-
197m1 Pb
319.31(11) keV
42.9(9) min
13/2+
197m2 Pb
1914.10(25) keV
1.15(20) µs
21/2-
198 Pb
82
116
197.972034(16)
2.4(1) h
0+
198m1 Pb
2141.4(4) keV
4.19(10) µs
(7)-
198m2 Pb
2231.4(5) keV
137(10) ns
(9)-
198m3 Pb
2820.5(7) keV
212(4) ns
(12)+
199 Pb
82
117
198.972917(28)
90(10) min
3/2-
199m1 Pb
429.5(27) keV
12.2(3) min
(13/2+)
199m2 Pb
2563.8(27) keV
10.1(2) µs
(29/2-)
200 Pb
82
118
199.971827(12)
21.5(4) h
0+
201 Pb
82
119
200.972885(24)
9.33(3) h
5/2-
201m1 Pb
629.14(17) keV
61(2) s
13/2+
201m2 Pb
2718.5+X keV
508(5) ns
(29/2-)
202 Pb
82
120
201.972159(9)
52.5(28)E+3 a
0+
202m1 Pb
2169.83(7) keV
3.53(1) h
9-
202m2 Pb
4142.9(11) keV
110(5) ns
(16+)
202m3 Pb
5345.9(13) keV
107(5) ns
(19-)
203 Pb
82
121
202.973391(7)
51.873(9) h
5/2-
203m1 Pb
825.20(9) keV
6.21(8) s
13/2+
203m2 Pb
2949.47(22) keV
480(7) ms
29/2-
203m3 Pb
2923.4+X keV
122(4) ns
(25/2-)
204 Pb
82
122
203.9730436(13)
STABLE [>140E+15 a]
0+
0.014(1)
0.0104-0.0165
204m1 Pb
1274.00(4) keV
265(10) ns
4+
204m2 Pb
2185.79(5) keV
67.2(3) min
9-
204m3 Pb
2264.33(4) keV
0.45(+10-3) µs
7-
205 Pb
82
123
204.9744818(13)
15.3(7)E+6 a
5/2-
205m1 Pb
2.329(7) keV
24.2(4) µs
1/2-
205m2 Pb
1013.839(13) keV
5.55(2) ms
13/2+
205m3 Pb
3195.7(5) keV
217(5) ns
25/2-
206 Pb
82
124
205.9744653(13)
STABLE
0+
0.241(1)
0.2084-0.2748
206m1 Pb
2200.14(4) keV
125(2) µs
7-
206m2 Pb
4027.3(7) keV
202(3) ns
12+
207 Pb
82
125
206.9758969(13)
STABLE
1/2-
0.221(1)
0.1762-0.2365
207m Pb
1633.368(5) keV
806(6) ms
13/2+
208 Pb
82
126
207.9766521(13)
STABLE [>2E+19 a]
0+
0.524(1)
0.5128-0.5621
208m Pb
4895(2) keV
500(10) ns
10+
209 Pb
82
127
208.9810901(19)
3.253(14) h
9/2+
210 Pb
82
128
209.9841885(16)
22.20(22) a
0+
210m Pb
1278(5) keV
201(17) ns
8+
211 Pb
82
129
210.9887370(29)
36.1(2) min
9/2+
212 Pb
82
130
211.9918975(24)
10.64(1) h
0+
212m Pb
1335(10) keV
5(1) µs
(8+)
213 Pb
82
131
212.996581(8)
10.2(3) min
(9/2+)
214 Pb
82
132
213.9998054(26)
26.8(9) min
0+
215 Pb
82
133
215.00481(44)#
36(1) s
5/2+#
参考文献
Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) . Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) .
Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties , Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
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David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition , online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.