نظائر النيتروجين

للنيتروجين (N) نظيرين مستقرين هما نيتروجين-14 ونيتروجين-15. يعد النظير نيتروجين-14 هو النظير الأكثر وفرة طبيعية من بين نظائر النيتروجين. يوجد هنالك أربع عشر نظيراً مشعاً للنيتروجين تتراوح كتلتها الذرية من 10 إلى 25 بالإضافة إلى متماكب نووي واحد وهو 11mN. إن كل النظائر المشعة للنيتروجين قصيرة العمر، حيث أن أطول عمر نصف لها هو نيتروجين-13 ويبلغ 9.965 دقيقة، أما باقي النظائر المشعة فعمر النصف لها أقل من 7.15 ثانية.

إن أغلب نظائر النيتروجين المشعة التي لها عدد كتلة أقل من 14 تتضمحل إلى نظائر الكربون الموافقة، في حين أن أغلب النظائر التي لها عدد كتلة أكبر من 15 تتضمحل إلى نظائر الأكسجين الموافقة.

نيتروجين-13

يعد النظير نيتروجين–13 13N أحد نظائر النيتروجين المشعة. ويتشكل وفق ما يلي:

H1 + O16 → N13 + He4

يتم تعجيل البروتون إلى طاقة 5.55 ميغا إلكترون فولت في تفاعل غير ماص (طارد للحرارة) لإحداث تفاعل نووي
thumbnail.

يلعب نيتروجين-13 دورا هاما في دورة CNO، ويعتبر مصدر للطاقة في النجوم الأثقل من الشمس.

12C + 1H → 13N + γ + 1.95 MeV
13N → 13C + e+ + νe + 2.22 MeV
13C + 1H → 14N + γ + 7.54 MeV
14N + 1H → 15O + γ + 7.35 MeV
15O → 15N + e+ + νe + 2.75 MeV
15N + 1H → 12C + 4He + 4.96 MeV

النظائر الطبيعية
نيتروجين-14

يعد النظير نيتروجين-14 واحداً من بين نظيرين مستقرين للنيتروجين، وهو يشكل أكثر من 99.636% من تركيب النيتروجين في الطبيعة. يتكون النظير نيتروجين-14 من سبعة بروتونات وسبعة نيوترونات، وبذلك يعد من واحداً من النويدات المستقرة القليلة التي لها عدد فردي من البروتونات والنيوترونات. بناء على ذلك فإن اللف المغزلي لنواة النظير نيتروجين-14 له قيمة إجمالية مقدارها واحد.

ككل العناصر الأثقل من الليثيوم، يعتقد أن منشأ النظيرين 14N و 15N في الكون هو الاصطناع النووي النجمي، حيث نتجت كجزء من دورة كربون-نيتروجين-أكسجين.

يعد النظير نيتروجين-14 المصدر الطبيعي للكربون-14 والذي لديه عمر نصف 5730 سنة.
نيتروجين-15
إن النظير نيتروجين-15 هو أحد النظائر المستقرة والنادرة للنيتروجين. يستخدم بشكل أساسي في مجال الأبحاث الزراعية والطبية. على سبيل المثال، يستخدم في تجربة ميسلسون-ستال (Meselson–Stahl experiment) لمعرفة طبيعة تنسخ الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين. كمثال آخر، يستخدم النظير نيتروجين-15 في تتبع مركبات النيتروجين في البيئة الداخلة في تركيب الملوثات العضوية (الأسمدة مثلاً).

يستخدم نيتروجين-15 في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي، لأنه عكس النظير الشائع نيتروجين-14، الذي لديه قيمة عدد صحيح من اللف المغزلي وبالتالي عزم رباعي أقطاب، فإن النظير نيتروجين-15 له لف مغزلي قيمته النصف 1/2، مما يمنح عرض أقل للطف مما يزيد من الدقة. من التطبيقات الأخرى هو الاستخدام في مجال مطيافية الكتلة لدراسة بنية البروتينات، حيث يجري وسمها لمعرفة بنيتها، وهو مجال دراسة علم البروتيوميات.

بالإضافة إلى ذلك فإن نسبة نظيري النيتروجين 15N/14N إلى بعضهما في متعضية يشير إلى النظام الغذائي لها.