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: Z_1 \ne Z_2, N_1 \ne N_2. 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 (\Delta Z = \plusmn 2), 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].

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

Существуют 59 устойчивых изобарных пары и 5 устойчивых изобарных триад, которые в основном включают в себя стабильные изотопы элементов с чётными Z, отличающимися на 2 единицы:

Стабильные изобарные пары
Массовое число Изобарная пара Массовое число Изобарная пара Массовое число Изобарная пара
1 36 \mathsf{_{16}S \ \ _{18}Ar} 21 104 \mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd} 41 152 \mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd}
2 40 \mathsf{_{18}Ar \ \ _{20}Ca} 22 106 \mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd} 42 154 \mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd}
3 46 \mathsf{_{20}Ca \ \ _{22}Ti} 23 108 \mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd} 43 156 \mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}
4 48 \mathsf{_{20}Ca \ \ _{22}Ti} 24 110 \mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd} 44 158 \mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}
5 54 \mathsf{_{24}Cr \ \ _{26}Fe} 25 112 \mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn} 45 160 \mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}
6 58 \mathsf{_{26}Fe \ \ _{28}Ni} 26 113 \mathsf{_{48}Cd^* \ \ _{49}In} 46 162 \mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}
7 64 \mathsf{_{28}Ni \ \ _{30}Zn} 27 114 \mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn} 47 164 \mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}
8 70 \mathsf{_{30}Zn \ \ _{32}Ge} 28 116 \mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn} 48 168 \mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}
9 74 \mathsf{_{32}Ge \ \ _{34}Ge} 29 120 \mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te} 49 170 \mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}
10 76 \mathsf{_{32}Ge \ \ _{34}Se} 30 122 \mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te} 50 174 \mathsf{_{70}Yb \ \ _{72}Hf}
11 78 \mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr} 31 123 \mathsf{_{51}Sb \ \ _{52}Te} 51 176 \mathsf{_{70}Yb \ \ _{72}Hf}
12 80 \mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr} 32 126 \mathsf{_{52}Te \ \ _{54}Xe} 52 180 \mathsf{_{72}Hf \ \ _{74}W}
13 82 \mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr} 33 126 \mathsf{_{52}Te \ \ _{54}Xe} 53 184 \mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os}
14 84 \mathsf{_{36}Kr \ \ _{36}Sr} 34 132 \mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba} 54 186 \mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os}
15 86 \mathsf{_{36}Kr \ \ _{38}Sr} 35 134 \mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba} 55 190 \mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os}
16 92 \mathsf{_{40}Zr \ \ _{42}Mo} 36 138 \mathsf{_{56}Ba \ \ _{58}Ce} 56 192 \mathsf{_{76}Os \ \ _{78}Pt}
17 94 \mathsf{_{40}Kr \ \ _{42}Mo} 37 142 \mathsf{_{58}Ce \ \ _{60}Nd} 57 196 \mathsf{_{78}Pt \ \ _{80}Hg}
18 98 \mathsf{_{42}Mo \ \ _{44}Ru} 38 144 \mathsf{_{60}Nd \ \ _{62}Sm} 58 198 \mathsf{_{78}Pt \ \ _{80}Hg}
19 100 \mathsf{_{42}Mo \ \ _{44}Ru} 39 148 \mathsf{_{60}Nd \ \ _{62}Sm} 59 204 \mathsf{_{80}Hg \ \ _{82}Pb}
20 102 \mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd} 40 150 \mathsf{_{60}Nd \ \ _{62}Sm}

* Период полураспада 113Cd составляет 7,7·1015 лет, что много больше возраста Вселенной (1,3·1010 лет)

Стабильные изобарные триады
Массовое число Изобарная триада
1 50 \mathsf{_{22}Ti \ \ _{23}V \ \ _{24}Cr}
2 96 \mathsf{_{40}Zr \ \ _{42}Mo  \ \ _{44}Ru}
3 124 \mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te  \ \ _{54}Xe}
4 130 \mathsf{_{52}Te \ \ _{54}Xe  \ \ _{56}Ba}
5 136 \mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba  \ \ _{58}Ce}

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»