Jabarkan Isotop dari Nitrogen

Nitrogen memiliki dua isotop stabil: N dan N. Isotop pertama jauh lebih umum, menyusun 99,634% nitrogen alami, dan yang kedua (yang sedikit lebih berat) sisanya 0,366%. Hal ini menyebabkan berat atomnya menjadi sekitar 14,007 u. Kedua isotop stabil ini diproduksi melalui siklus CNO dalam bintang, namun N lebih umum terjadi karena tangkapan neutronnya adalah langkah pembatas laju.14N adalah salah satu dari lima nuklida ganjil–ganjil yang stabil (suatu nuklida yang memiliki jumlah proton dan neutron ganjil); empat lainnya adalah 2H, 6Li, 10B, dan 180mTa.

Kelimpahan relatif 14N dan 15N hampir konstan di atmosfer tetapi dapat bervariasi di tempat lain, karena fraksinasi isotop alami dari reaksi redoks biologis dan penguapan amonia atau asam nitrat alami. Reaksi yang dimediasi secara biologis (misalnya, asimilasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi) sangat mengendalikan dinamika nitrogen di dalam tanah. Reaksi ini biasanya menghasilkan pengayaan 15N dari substrat dan penipisan produk.

Isotop berat N pertama kali ditemukan oleh S.M. Naudé pada tahun 1929, tidak lama setelah ditemukan isotop berat unsur tetangganya, oksigen dan karbon. Ini menyajikan salah satu tangkapan neutron termal terendah dari semua isotop. N sering digunakan dalam spektroskopi resonansi magnet inti (NMR) untuk menentukan struktur molekul yang mengandung nitrogen, karena spin inti fraksionalnya adalah satu setengah, yang menawarkan keuntungan untuk NMR seperti lebar garis yang lebih sempit. N, meskipun secara teoretis juga dapat digunakan, memiliki spin nuklir bulat dan dengan demikian memiliki momen quadrupol yang mengarah pada spektrum yang lebih luas dan kurang bermanfaat. NMR 15N tetap memiliki komplikasi yang tidak ditemui pada spektroskopi NMR yang lebih tinggi, 1H dan 13C. Kelimpahan alami N yang rendah (0,36%) secara signifikan mengurangi sensitivitas, masalah yang hanya diperparah oleh rasio giromagnetik yang rendah, (hanya 10,14% dari H). Alhasil, signal-to-noise ratio untuk H sekitar 300 kali lipat lebih besar daripada N pada kekuatan medan magnet yang sama. Hal ini dapat agak dikurangi dengan pengayaan isotop N melalui pertukaran kimia atau distilasi fraksional. Senyawa yang diperkaya N memiliki keuntungan bahwa dalam kondisi standar, mereka tidak mengalami pertukaran kimiawi atom nitrogen mereka dengan nitrogen di atmosfer, tidak seperti senyawa dengan isotop hidrogen, karbon, dan oksigen berlabel yang harus dijauhkan dari atmosfer. Rasio N:N umum digunakan dalam analisis isotop stabil di bidang geokimia, hidrologi, paleoklimatologi dan paleoseanografi, yang disebut δ15N.

Dari sepuluh isotop lain yang dihasilkan secara sintetis, mulai dari N sampai N, N memiliki waktu paruh sepuluh menit dan isotop sisanya memiliki waktu paruh dalam kisaran detik (N dan N) atau bahkan milidetik. Tidak ada isotop nitrogen lain yang mungkin terjadi karena mereka akan berada di luar garis tetesan nuklir, yang mengeluarkan proton atau neutron. Mengingat selisih waktu paruhnya, N adalah radioisotop nitrogen yang paling penting, umurnya cukup panjang untuk digunakan dalam tomografi emisi positron (positron emission tomography, PET), meskipun waktu paruhnya masih pendek maka harus dibuat di lokasi PET, misalnya dalam siklotron dengan cara O dibombardir dengan proton yang menghasilkan N dan partikel alfa.

Radioisotop N adalah radionuklida yang dominan di dalam pendingin reaktor air bertekanan atau reaktor air didih selama operasi normal, dan dengan demikian ini adalah indikator kebocoran yang sensitif dan cepat dari sistem pendingin utama ke siklus uap sekunder, dan merupakan alat pendeteksi utama kebocoran tersebut. N dihasilkan dari O (dalam air) melalui reaksi (n,p) di mana atom O menangkap sebuah neutron dan melepas sebuah proton. Ini memiliki waktu paruh pendek sekitar 7,1 detik, tetapi selama peluruhannya kembali ke O menghasilkan radiasi gamma berenergi tinggi (5 sampai 7 MeV). Oleh karena itu, akses ke pipa pendingin primer dalam reaktor air bertekanan harus dibatasi selama reaktor pembangkit beroperasi.