Изобары

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Изоба́ры (в ед.ч. изоба́р; др.-греч. ἴσος (isos) — «одинаковый» + βάρος (baros) — «вес») — нуклиды разных элементов, имеющие одинаковое массовое число; например, изобарами являются 40Ar, 40K, 40Ca.

В ядерной физике[править | править вики-текст]

Описание[править | править вики-текст]

Хотя массовое число (т. е. число нуклонов) A = N + Z в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Z и нейтронов N различаются: , . Совокупность нуклидов с одинаковым A, но разным Z называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их атомные массы совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или избытка массы) от Z в изобарической цепочке показывает направление возможных бета-распадов. Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см. формула Вайцзеккера) — сечение долины стабильности плоскостью A = const.

Те виды радиоактивного распада, которые не изменяют массовое число (бета-распад, двойной бета-распад, изомерный переход), переводят одно ядро-изобар в другое. Поскольку распады такого рода происходят в направлении уменьшения избытка массы, последовательность таких распадов заканчивается на ядре, представляющем энергетический минимум в данной изобарической цепочке (бета-стабильное ядро). Для ядер с чётным массовым числом таких локальных минимумов на изобарической цепочке может быть от 1 до 3, поскольку чётно-чётные ядра (Z и N чётны) благодаря энергии спаривания имеют бо́льшую энергию связи, чем нечётно-нечётные ядра с тем же массовым числом. Локальные минимумы отличаются зарядом ядра на 2 единицы (), поэтому прямые бета-переходы между основными состояниями таких ядер невозможны (бета-распад изменяет заряд ядра на единицу). Переходы из локальных минимумов цепочки в глобальный возможны лишь благодаря двойным бета-процессам, которые являются процессами второго порядка по константе связи слабого взаимодействия и поэтому сильно подавлены: периоды полураспада превышают 1019 лет. Таким образом, для нечётных A существует один бета-стабильный изобар, для чётных A — от одного до трёх. Если альфа-распад (и другие виды распада, изменяющие массовое число) для бета-стабильного изотопа запрещён или сильно подавлен, то этот изотоп присутствует в природной смеси изотопов.

Для изобаров справедливо правило Щукарева — Маттауха, объясняющее, в частности, отсутствие стабильных изотопов у технеция[1].

Примордиальные изобарные пары и триады[править | править вики-текст]

Существуют 59 примордиальных изобарных пар и 9 примордиальных изобарных триад, которые в основном включают в себя стабильные изотопы элементов с чётными Z, отличающимися на 2 единицы. Если учитывать только стабильные нуклиды, то существуют 48 изобарных пар и 1 изобарная триада:

Примордиальные изобарные пары
Массовое число Изобарная пара Массовое число Изобарная пара Массовое число Изобарная пара
1 36 21 104 41 150 (2β)
2 46 22 106 42 152 (α)
3 48 (2β) 23 108 43 154
4 54 24 110 44 156
5 58 25 112 45 158
6 64 26 113 ) 46 160
7 70 27 114 47 162
8 74 28 115 ) 48 164
9 76 (2β) 29 116 (2β) 49 168
10 78 30 120 50 170
11 80 31 122 51 174 (α)
12 82 (2β) 32 123 52 184
13 84 33 126 53 186 (α)
14 86 34 128 (2β) 54 187 , α)
15 87 ) 35 132 55 190 (α)
16 92 36 134 56 192
17 94 37 142 57 196
18 98 38 144 (α) 58 198
19 100 (2β) 39 146 (α) 59 204
20 102 40 148 (α)
Примордиальные изобарные триады
Массовое число Изобарная триада
1 40 +, β, ε)
2 50 +, β)
3 96 (2β)
4 124
5 130 (2β) (2ε)
6 136 (2β)
7 138 (ε, β)
8 176 )
9 180 (изомер) (α)

В масс-спектрометрии[править | править вики-текст]

В масс-спектрометрии изобарами называются как ядра с одинаковым массовым числом, так и молекулы с (приблизительно) одинаковой молекулярной массой. Так, молекулы 16O1H2H (полутяжёлой воды) являются молекулярными изобарами к атому 19F. Ионы таких молекул и атомов имеют почти одинаковое отношение масса/заряд (при равном заряде) и, следовательно, движутся в электромагнитных полях масс-спектрометра по почти одинаковой траектории, являясь источником фона для своих изобар.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Изотопы // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 89—91. — ISBN 5-7155-0292-6.

Литература[править | править вики-текст]

  • Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев. Справочник по физике. — М.: «ОНИКС», «Мир и Образование», 2006. — 1056 с. — 7 000 экз. — ISBN 5-488-00330-4.
Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «изобар»