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].

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 \mathsf{_{16}S \ \ _{18}Ar} 21 104 \mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd} 41 150 \mathsf{_{60}Nd} (2β) \mathsf{_{62}Sm}
2 46 \mathsf{_{20}Ca \ \ _{22}Ti} 22 106 \mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd} 42 152 \mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd} (α)
3 48 \mathsf{_{20}Ca} (2β) \mathsf{_{22}Ti} 23 108 \mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd} 43 154 \mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd}
4 54 \mathsf{_{24}Cr \ \ _{26}Fe} 24 110 \mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd} 44 156 \mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}
5 58 \mathsf{_{26}Fe \ \ _{28}Ni} 25 112 \mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn} 45 158 \mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}
6 64 \mathsf{_{28}Ni \ \ _{30}Zn} 26 113 \mathsf{_{48}Cd})\mathsf{_{49}In} 46 160 \mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}
7 70 \mathsf{_{30}Zn \ \ _{32}Ge} 27 114 \mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn} 47 162 \mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}
8 74 \mathsf{_{32}Ge \ \ _{34}Ge} 28 115 \mathsf{_{49}In}) \mathsf{_{50}Sn} 48 164 \mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}
9 76 \mathsf{_{32}Ge} (2β) \mathsf{_{34}Se} 29 116 \mathsf{_{48}Cd} (2β) \mathsf{_{50}Sn} 49 168 \mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}
10 78 \mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr} 30 120 \mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te} 50 170 \mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}
11 80 \mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr} 31 122 \mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te} 51 174 \mathsf{_{70}Yb \ \ _{72}Hf} (α)
12 82 \mathsf{_{34}Se} (2β) \mathsf{_{36}Kr} 32 123 \mathsf{_{51}Sb \ \ _{52}Te} 52 184 \mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os}
13 84 \mathsf{_{36}Kr \ \ _{36}Sr} 33 126 \mathsf{_{52}Te \ \ _{54}Xe} 53 186 \mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os} (α)
14 86 \mathsf{_{36}Kr \ \ _{38}Sr} 34 128 \mathsf{_{52}Te} (2β) \mathsf{_{54}Xe} 54 187 \mathsf{_{75}Re}, α) \mathsf{_{76}Os}
15 87 \mathsf{_{37}Rb}) \mathsf{_{38}Sr} 35 132 \mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba} 55 190 \mathsf{_{76}Os \ \ _{78}Pt} (α)
16 92 \mathsf{_{40}Zr \ \ _{42}Mo} 36 134 \mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba} 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} (α) \mathsf{_{62}Sm} 58 198 \mathsf{_{78}Pt \ \ _{80}Hg}
19 100 \mathsf{_{42}Mo} (2β) \mathsf{_{44}Ru} 39 146 \mathsf{_{60}Nd \ \ _{62}Sm} (α) 59 204 \mathsf{_{80}Hg \ \ _{82}Pb}
20 102 \mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd} 40 148 \mathsf{_{60}Nd \ \ _{62}Sm} (α)
Примордиальные изобарные триады
Массовое число Изобарная триада
1 40 \mathsf{_{18}Ar \ \ _{19}K}+, β, ε) \mathsf{_{20}Ca}
2 50 \mathsf{_{22}Ti \ \ _{23}V}+, β) \mathsf{_{24}Cr}
3 96 \mathsf{_{40}Zr} (2β) \mathsf{_{42}Mo  \ \ _{44}Ru}
4 124 \mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te  \ \ _{54}Xe}
5 130 \mathsf{_{52}Te} (2β) \mathsf{_{54}Xe  \ \ _{56}Ba} (2ε)
6 136 \mathsf{_{54}Xe} (2β) \mathsf{_{56}Ba  \ \ _{58}Ce}
7 138 \mathsf{_{56}Ba \ \ _{57}La} (ε, β) \mathsf{_{58}Ce}
8 176 \mathsf{_{70}Yb \ \ _{71}Lu}) \mathsf{_{72}Hf}
9 180 \mathsf{_{72}Hf \ \ _{73}Ta} (изомер) \mathsf{_{74}W} (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»