Изотопы и изобары химических элементов. Изобары

Тема 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОЭКОЛОГИИ

Лекция 2: Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер.

Строение атома. Элементарные частицы. Виды радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада.

1. Строение атома.

Атом – мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая все его свойства. По своей структуре атом (размер примерно 10-8см) представляет сложную систему, состоящую из находящегося в центре атома положительно заряженного ядра (10-13см) и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра на различных орбитах. Радиус атома равен радиусу орбиты самого удаленного от ядра электрона . Отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра, при этом атом в целом электрически нейтрален.

В 1911 году Э. Резерфорд предложил планетарную модель строения атома, которая была развита Н. Бором (1913). Согласно этой модели в центре атома расположено ядро, имеющее положительный электрический заряд. Вокруг ядра перемещаются по эллиптическим орбитам электроны, образующие электронную оболочку атома.

Любой атом состоит из элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов, которые в свободном состоянии характеризуются такими физическими величинами, как масса, электрический заряд (или его отсутствие), устойчивость, скорость т. д. Массу ядер и элементарных частиц обычно выражают в атомных единицах массы (а. е.м.), за единицу принята 1\12массы атомы углерода (12С).

1 а. е.м. = 1,67*10-27 кг

Энергия выражается в электрон-вольтах (эВ), один электрон-вольт равен кинетической энергии, которую приобретает электрон (или любая элементарная частица вещества, имеющая заряд) при прохождении электрического поля с разностью потенциалов в один вольт.

1эВ = 1,602*10-19Кл

Кроме этого массу часто выражают в энергетических эквивалентах (это энергия покоя частицы, масса которой равна 1 а. е.м., составляет 931,5МэВ (106 эВ).

Атомное ядро – центральная часть атома, в которой сосредоточена почти вся масса (99,9%). Атомное ядро состоит из двух типов элементарных частиц – протонов и нейтронов. Общее название их – нуклон . Протон и электрон относятся к так называемым устойчивым и стабильным частицам, нейтрон стабилен, лишь находясь в ядре.

Суммарное число протонов и нейтронов в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А (или М). Так как заряд нейтрона равен нулю, а протон имеет элементарный положительный заряд +1, то заряд ядра равен числу находящихся в нем протонов, которое называется зарядовым числом (Z) или атомным номером . Число нейтронов в ядре равно разности между массовым А числом и атомным номером Z элемента: N = A-Z (АZX).

Электрический заряд (q) ядра равен произведению элементарного электрического заряда (е) на атомный номер (Z) химического элемента периодической системы:

Ядерные силы.

Протоны и нейтроны внутри атомного ядра удерживаются ядерными силами . Ядерные силы составляют потенциальную энергию связи ядра. Установлено, что сумма энергий свободных протонов и нейтронов больше энергии составленного из них ядра, из чего следует, что для разделения ядра на его составляющие нужно затратить энергию. Минимальная энергия, необходимая для этого называется энергией связи ядра .

Такая же картина наблюдается, если сложить массы нуклонов, составляющих ядро атома. Расчетная масса ядра окажется больше фактической масса ядра. Разницу между расчетной и фактической массой ядра называют дефектом массы.

Ядерные силы не зависят от наличия или отсутствия электрического заряда у нуклонов, действуют только на очень малых расстояниях (10-13см) и с увеличением расстояния между ядерными частицами очень быстро ослабевают.

Для ядерных сил характерно свойство насыщения, которое заключается в том, что нуклон оказывается способным к ядерному взаимодействию одновременно только с незначительным числом соседних нуклон, что указывает на возможную природу ядерных сил, как сил обменного типа.

Основные свойства ядерных сил объясняются тем, что нуклоны обмениваются между собой частицами массой немногим более 200 электронных масс (X. Юкава, 1935г), такие частицы обнаружены экспериментально (1947) и названы π-мезонами или пионами (существуют положительные, отрицательные и нейтральные π-мезоны). Мезоны не являются составными частями протонов и нейтронов, а испускаются и поглощаются ими (подобно тому, как атомы испускают и поглощают кванты электромагнитного излучения), при этом протон, испустивший положительный пион, превращается в нейтрон, а нейтрон после захвата пиона превращается в протон. Все эти процессы обеспечивают сильное взаимодействие и тем самым устойчивость ядер.

Протон (р) – элементарная частица, входящая в состав любого атомного ядра, имеющая положительный заряд равный единичному элементарному заряду +1 (1,602*10-19Кл). Масса покоя протона составляет 1,00758 а. е.м. или 938,27 МэВ.

Число протонов в ядре (атомный номер ) для каждого элемента строго постоянно и соответствует порядковому номеру элемента (Z) таблицы. Так как каждый протон имеет положительный элементарный заряд электричества, то атомный номер элемента показывает и число положительных элементарных зарядов в ядре любого атома химического элемента. Порядковый номер элемента еще называют зарядовым числом. Число протонов в ядре определяет число электронов в оболочке атома (но не наоборот) и соответственно строение электронных оболочек и химические свойства элементов.

Нейтрон ( n) – электрически нейтральная элементарная частица (отсутствует лишь в ядре легкого водорода), масса покоя которой равна 1,00898 а. е.м. или 939,57 МэВ. Масса нейтрона больше массы протона на две электронные массы. В атомном ядре нейтроны являются стабильными, их число (N) в ядре атома одного и того же элемента может колебаться, что дает в основном только физическую характеристику элемента (1).

Электрон – стабильная элементарная частица, имеющая массу покоя, равной 0,000548 а. е.м., а в абсолютных единицах массы - 9,1*10-28кг. Энергетический эквивалент а. е.м. электрона равен 0,511 МэВ и элементарный электрический заряд – 1,602*10-19Кл.

Электроны двигаются вокруг ядра по орбиталям определенной формы и радиуса. Орбиты группируются в электронные слои (максимально может быть семь: K, L, M, N, O, P, Q). Наименьшее число электронов, которое может находиться на орбиталях одного слоя, определяется квантовым соотношением:

m=2 n2 ,

где n – главное квантовое число (в данном случае совпадает с номером слоя. Следовательно в К-слое (n=1) может находиться 2 электрона, в L-слое (n=2) – 8 электронов и так далее.

Основную роль во взаимодействии электронов с атомным ядром играют электромагнитные силы (силы кулоновского притяжения разноименных электрических зарядов). Чем ближе к ядру находится электрон, тем больше его потенциальная энергия (энергия связи с ядром) и меньше кинетическая энергия (энергия вращения электрона). Соответственно электроны с внешней орбиты (энергия связи около 1-2 эВ) сорвать легче, чем с внутренней.

Переход отдельного электрона с орбиты на орбиту всегда связан с поглощением или высвобождением энергии (поглощается или испускается квант энергии). Согласно постулатам Бора атомная система находится в стационарном состоянии, которое характеризуется определенной энергией. Бесконечно долго каждый атом может находиться только в стационарном состоянии с минимальной энергией, которое называется основным или нормальным . Все остальные стационарные состояния атома с большими энергиями называются возбужденными . Переход электрона с одного энергетического уровня на другой, более удаленный от ядра (с большей энергией) называется процессом возбуждения .

В результате соударения с другими атомами, с любой заряженной частицей или при поглощении фотона электромагнитного излучения атом может перейти из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией. Время жизни атома в возбужденном состоянии не превышает с. Из любого возбужденного состояния атом самопроизвольно переходит в основное состояние, этот процесс сопровождается излучением фотонов (квантов). В зависимости от разности энергий атома в двух состояниях, между которыми совершается переход, испускаемый квант электромагнитного излучения может принадлежать диапазону радиоволн, инфракрасного излучения, видимого света, ультрафиолетового или рентгеновского излучения.

При сильных электрических воздействиях электроны могут вырываться за пределы атома. Атом, лишившийся одного или нескольких электронов, превращается в положительный ион, а присоединивший к себе один или несколько электронов – в отрицательный. Процесс образования ионов из нейтральных атомов называется ионизацией . В обычных условиях атом в состоянии иона существует очень короткое время. Свободное место на орбите положительного иона заполняется свободным электроном, и атом вновь становится электрически нейтральной системой. Этот процесс носит название рекомбинации ионов (деионизации) и сопровождается выделением избыточной энергии в виде излучения.

Изотопы, изотоны, изобары.

Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, являются разновидностями одного и того же химического элемента и называются изотопами . Такие элементы имеют одинаковый номер в таблице, но разное массовое число (3919К, 4019К, 4119К). Поскольку заряды ядер этих атомов одинаковые, элементарные оболочки их имеют почти однотипное строение, а атомы с такими ядрами чрезвычайно близки по химическим свойствам. Большинство химических элементов в природе представляет собой смесь изотопов. Обычно в смеси изотопов одного определенного элемента преобладает один изотоп, а остальные составляют только небольшой процент (например, калий состоит из: 39К – 93,08%; 40К – 0,0119%; 41К – 6,91%) (4).

Чтобы отличить изотопы одного химического элемента друг от друга, перед названием элемента сверху приписывают массовое число, равное сумме всех частиц ядра данного изотопа, а снизу – заряд ядра (число протонов), соответствующий порядковому номеру элемента в таблице. Так, наиболее распространенный в природе легкий водород 11Н (протий) содержит 1 протон, редко встречающийся среди атомов водорода 21Н (дейтерий) -1 протон и 1 нейтрон, а никогда не встречающийся в природе 31Н (тритий) – 1 протон и 2 нейтрона (тритий получают искусственным путем, облучая дейтерий медленными нейтронами) (4).

Различают стабильные и нестабильные (радиоактивные ) изотопы . К первым относятся такие изотопы, ядра которых при отсутствии внешних воздействий не претерпевают никаких превращений, ко вторым – изотопы, ядра которых могут самопроизвольно (без внешнего воздействия) распадаться, образуя при этом ядра атомов других элементов. Ядра всех изотопов химических элементов принято называть нуклидами, нестабильные нуклиды называются радионуклидами . В настоящее время известно около 300 стабильных изотопов и около 1500 радиоактивных.

Условие устойчивости атомных ядер: устойчивыми являются лишь те из атомных ядер, которые обладают минимальной энергией по сравнению со всеми ядрами, в которые данное ядро могло бы самопроизвольно превратиться.

Атомные ядра разных элементов с равным числом нейтронов называют изотонами . Например 136С имеет шесть протонов и семь нейтронов, 147N имеетсемь протонов и тоже семь нейтронов.

Атомные ядра, разных элементов с одинаковым массовым числом, но с разным атомным номером (т. е. состоящие из одинакового числа нуклонов при разном соотношении протонов и нейтронов) называются изобарами .

Например: 104Be, 105B, 106C и т. д.

Различие в энергии атомных ядер изобаров определяется наличием у протонов электрического заряда и существованием различия в массах протона и нейтрона. Так ядра, содержащие значительно больше протонов, чем нейтронов, оказываются нестабильными, так как обладают избытком энергии кулоновского взаимодействия. Ядра же, имеющие больше нейтронов, чем протонов, нестабильны из-за того, что масса нейтрона больше массы протона, а увеличение массы ядра приводит к увеличению его энергии. От избыточной энергии ядра могут освобождаться двумя путями:

1. путем самопроизвольного деления ядер на более устойчивые части;

2. путем самопроизвольного изменения заряда ядра на единицу (превращение протоны в нейтрон или нейтрона в протон).

Элементарные частицы.

Элементарные частицы не являются молекулами, атомами или ядрами. Они имеют радиус (R) равный 10-14 – 10-15м и энергию (W) около 106 – 108 эВ. Сейчас общее число известных элементарных частиц (вместе с античастицами) приближается к 400. Некоторые из них стабильны или квазистабильны и существуют в природе в свободном или слабосвязанном состоянии. Это электроны , входящие в состав атомов, их античастицы – позитроны ; протоны и нейтроны , входящие в состав атомных ядер; фотоны γ, являющиеся квантами электромагнитного поля. Сюда же можно отнести электронные (анти)нейтрино νе, рождающиеся в процессах бета-превращений и в термоядерных реакциях, протекающих в звездах. Все остальные элементарные частицы крайне нестабильны и образуются во вторичном космическом излучении или получаются в лаборатории. К ним относятся мюоны (мю-мезоны) μ– – тяжелый аналог электрона (mμ ≈ 200mе) зарегистрированы в космических лучах; пионы (пи-мезоны) π+, π0, π– – переносчики ядерного взаимодействия и другие.

У каждой частицы имеется античастица, обычно обозначаемая тем же символом, но с добавлением «тильды» над ним. Массы, время жизни и спины частицы и античастицы одинаковы. Остальные характеристики, в том числе электрический заряд и магнитный момент, равны по модулю, но противоположны по знаку.

2. Виды радиоактивного распада.

Радиоактивность – это свойство атомных ядер определенных химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным излучением . Само явление носит название радиоактивный распад .

Радиоактивные превращения, происходящие в природе, называются естественной радиоактивностью. Аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции), - искусственной радиоактивностью. Оба вида радиоактивности подчиняются одним и тем же законам.

Существуют следующие типы ядерных превращений, или видов радиоактивного распада: альфа-распад, бета-распад (электронный, позитронный), электронный захват (К-захват), внутренняя конверсия, деление ядер.

Альфа-распад – это самопроизвольное деление неустойчивого атомного ядра на α-частицу (ядро атома гелия 42Не) и ядро-продукт (дочернее ядро).При этом заряд ядра продукта уменьшается на 2 положительные единицы, а массовое число на 4 единицы. При этом образующийся элемент-продукт смещается влево относительно исходного на две клетки периодической системы:

Альфа-радиоактивными являются практически все (за редким исключением) ядра атомов элементов с порядковым номером 82 и больше (те, что в периодической таблице стоят за свинцом 82Pb). Альфа-частица, вылетая из ядра, приобретает кинетическую энергию порядка 4-9 МэВ.

Бета-распад – это самопроизвольное превращение нестабильных атомных ядер с испусканием β-частицы, при котором их заряд изменяется на единицу. В основе этого процесса лежит способность протонов и нейтронов к взаимным превращениям.

Если в ядре имеется излишек нейтронов («нейтронная перегрузка» ядра), то происходит электронный β- - распад , при котором один из нейтронов превращается в протон, а ядро испускает электрон и антинейтрино (массовое и зарядовое число которой равно 0).

10n → 11p + e – + ν – || AZX → AZ+1Y + β – + ν – +Q || 4019K → 4020Ca + β – + ν – + Q.

При этом распаде заряд ядра и соответственно атомный номер элемента увеличиваются на единицу (элемент сдвигается в периодической системе на один номер вправо от исходного), а массовое число остается без изменений. Электронный бета-распад характерен для многих естественных и искусственно полученных радиоактивных элементов.

Если неблагоприятное соотношение нейтронов и протонов в ядре обусловлено излишком протонов, то происходит позитронный (β+ ) распад , при котором ядро испускает позитрон (частицу такой же массы, как и электрон, но имеющую заряд +1) и нейтрино, а один из протонов превращается в нейтрон:

11p → 10n + e+ + ν+ || AZX → AZ-1Y + β+ + ν+ +Q || 3015P → 3014Si + β+ + ν+ +Q

Заряд ядра и соответственно атомный номер элемента уменьшаются на единицу, и дочерний элемент будет занимать место в периодической системе на один номер левее от исходного, массовое число остается без изменения. Позитронный распад наблюдается у некоторых искусственно полученных изотопов.

Позитрон, вылетев из ядра, срывает с оболочки атома «лишний» электрон или взаимодействует со свободным электроном, образуя пару «позитрон-электрон», которая мгновенно превращается в два гамма-кванта с энергией, эквивалентной массе частиц (е+ и е-) по 0,511 МэВ. Процесс превращения пары «позитрон-электрон» в два γ-кванта получил название аннигиляции (уничтожения), а возникающее электромагнитное излучение – аннигиляционное . Таким образом, при позитронном распаде за пределы материнского атома влетают не частицы, а два гамма-кванта с энергией 0,511 МэВ.

Энергетический спектр β-частиц любого бета-источника является непрерывным (от сотых долей МэВ – мягкое излучение, до 2-3 МэВ – жесткое).

Электронный захват – самопроизвольное превращение атомного ядра, при котором его заряд уменьшается на единицу за счет захвата одного из орбитальных электронов и превращения протона в нейтрон.

Это происходит, если в ядре имеется излишек протонов, но недостаточно энергии для позитронного распада. Один из протонов ядра захватывает электрон с одной из оболочек атома, чаще всего с ближайшего к нему К-слоя (К-захват) или реже L-слоя (L-захват) и превращается в нейтрон с испусканием нейтрино. При этом дочерний элемент, как и при позитронном распаде, смещается в периодической системе на одну клетку влево от исходного.

11p + 0-1е → 10n + ν+ || AZX + 0-1е → AZ-1Y + ν+ + hν || 12352Te + 0-1е → 12351Sb + ν+ + hν

На освободившееся место в К-слое перескакивает электрон с L-слоя, на место последнего со следующего слоя и т. д. Каждый переход электрона со слоя на слой сопровождается выделением энергии в виде квантов электромагнитного излучения (рентгеновского диапазона).

Позитронный распад и электронных захват, как правило, наблюдают только у искусственно-радиоактивных изотопов (4).

Деление ядер – это спонтанное деление ядра, при котором оно, без какого либо внешнего воздействия, распадается на две, как правило, неравные части. Так ядро урана может делиться на ядра бария (56Ва) и криптона (36Kr). Этот тип распада характерен для изотопов элементов стоящих в периодической системе за ураном. Под действием сил электростатического отталкивания одноименных зарядов ядра-осколки приобретают кинетическую энергию порядка 165 МэВ и разлетаются в разные стороны с огромными скоростями.

Внутренняя конверсия . Возбужденное ядро передает энергию возбуждения одному из электронов внутренних слоев (К-, L-, или М-слой), который в результате этого вырывается за пределы атома. Затем один из электронов с более отдаленных слоев (с более высоких энергетических уровней) осуществляет квантовый переход на «вакантное» место с испусканием характеристического рентгеновского излучения.

3. Закон радиоактивного распада.

Количество любого радиоактивного изотопа со временем уменьшается вследствие радиоактивного распада (превращения ядер). Радиоактивный распад идет непрерывно, скорость этого процесса и его характер определяются строением ядра. Поэтому на этот процесс нельзя повлиять никакими обычными физическими или химическими способами, не изменив состояния атомного ядра. Кроме того, распад носит вероятностных характер, то есть нельзя точно определить, когда и какой именно атом распадется, но в каждый промежуток времени распадается в среднем какая то определенная часть атомов.

Для каждого радиоактивного изотопа средняя скорость распада его атомов постоянна, неизменна и характерна только для данного изотопа. Постоянная радиоактивного распада λ для определенного изотопа показывает, какая доля ядер распадется в единицу времени. Постоянную распада выражают в обратных единицах времени с-1, мин-1, ч-1 и т. д., чтобы показать, что количество радиоактивных ядер со временем убывает, а не растет.

Самопроизвольное превращение ядер любого радиоактивного изотопа подчиняется закону радиоактивного распада, который устанавливает, что за единицу времени распадается одна и та же доля имеющихся в наличии ядер.

Математическое выражение этого закона, описывающее процесс убывания количества радиоактивных ядер со временем, отображается следующей формулой:

Nt = N0e-λ t , (Nt = N0e-0,693t/Т ) (1),

где, Nt – число радиоактивных ядер, оставшихся по прошествии времени;

N0 – исходное число радиоактивных ядер в момент времени t=0;

λ – постоянная радиоактивного распада (=0,693/Т);

Т – период полураспада данного радиоизотопа.

Для характеристики скорости распада радиоактивных элементов на практике пользуются периодом полураспада.

Период полураспада – это время, в течение которого распадается половина исходного количества радиоактивных ядер. Он обозначается буквой Т и выражается в единицах времени.

Для различных радиоактивных изотопов период полураспада имеет значения от долей секунды до миллионов лет. Причем у одного и того же элемента могут быть изотопы с различным периодом полураспада. Соответственно и радиоактивные элементы разделяются на короткоживущие (часы, дни) – 13153I (8,05 суток), 21484Po (1,64*10-4сек.) и долгоживущие (годы) – 23892U (T=4.47 млрд. лет), 13755Cs (30 лет), 9038Sr (29 лет).

Между периодом полураспада и постоянной распада существует обратная зависимость, т. е. чем больше λ, тем меньше Т, и наоборот.

Графически закон радиоактивного распада выражается экспоненциальной кривой (Рис. 2.1.). Как видно из рисунка, с увеличением числа периодов полураспада число нераспавшихся атомов убывает, постепенно приближаюсь к нулю [ и др., 1999].

Рис. 2.1. Графическое изображение закона радиоактивного распада.

Активность радиоактивного элемента равна числу распадов в единицу времени. Чем больше радиоактивных превращений испытывают атомы данного вещества, тем выше его активность. Как следует из закона радиоактивного распада, активность радионуклида пропорциональна числу радиоактивных атомов, т. е. возрастает с увеличением количества данного вещества. Поскольку скорость распада радиоактивных изотопов различна, то одинаковые по массе количества различных радионуклидов имеют разную активность.

В системе СИ единицей активности является беккерель (Бк) – распад в секунду (расп/с). Наряду с Бк используется внесистемная единица – кюри (Ки). 1Ки – это активность любого радиоактивного вещества (изотопа) в котором происходит 3,7*1010 актов распада в секунду. Единица кюри соответствует радиоактивности 1 г радия.

1Ки = 3,7*1010 Бк; 1мКи = 37МБк 1мкКи = 37 кБк

Активность любого радиоактивного препарата по истечении времени t определяют по формуле, соответствующей основному закону радиоактивного распада:

At = A0е-0,693 t/Т (2),

где At – активность препарата через время t;

А0 – исходная активность препарата;

е – основание натуральных логарифмов (е=2,72);

t – время, в течение которого распадался радиоизотоп;

Т – период полураспада; значения Т и t должны иметь одинаковую размерность (мин., сек., часы, дни и т. д.).

(Пример: Активность А0 радиоактивного элемента 32Р на определенный день равна 5 мКи. Определить активность этого элемента через неделю. Период полураспада Т элемента 32Р составляет 14,3 дня. Активность 32Р через 7 суток. At = 5 * 2,720,693*7/14,3 = 5 * 2,720,34 = 3,55 мКи).

Единицы кюри (Ки) для характеристики гамма-активности источников непригодны. Для этих целей введена другая единица – эквивалент 1 мг радия (мг-экв. радия). Миллиграмм-эквивалент радия – это активность любого радиоактивного препарата, гамма-излучение которого при идентичных условиях измерения создает такую же мощность экспозиционной дозы, как гамма-излучение 1 мг радия Государственного эталона радия РФ при использовании платинового фильтра толщиной 0,5 мм. Единица миллиграмм-эквивалент радия не установлена существующими стандартами, но широко используется на практике.

Точечный источник в 1мг (1мКи) радия, находящийся в равновесии с продуктами распада, после начальной фильтрации через платиновую пластину толщиной 0,5 мм создает в воздухе на расстоянии 1см мощность дозы 8,4 Р/ч. Эту величину называют ионизационной гамма-постоянной радия и обозначают буквой Кγ . Гамма-постоянная радия принята за эталон мощности дозы излучания. С ней сравнивают Кγ всех других гамма-излучателей. Существуют таблицы гамма-постоянных для большинства радиоактивных изотопов.

Так, гамма-постоянная 60Со составляет 13,5 Р/ч. Сравнение гамма-постоянных радия и 60Со показывает, что 1 мКи радионуклида 60Со создает дозу излучения, в 1,6 раза большую, чем 1 мКи радия (13,5/8,4=1,6). Иначе говоря, по создаваемой дозе излучения в воздухе 1 мКи радионуклида 60Со эквивалентен 1,6 мКи радия, т. е. гамма-излучение, испускаемое препаратом 60Со активностью 0,625 мКи, создает такую же дозу излучения, что и 1 мКи радия.

Гамма-эквивалент М изотопа связан с его активностью А (мКи) через ионизационную гамма-постоянную Кγ соотношениями:

М = АКγ/8,4 или А = 8,4М/Кγ (3),

которые позволяют перейти от активности радиоактивного вещества, выраженной в мг-экв. радия, к активности, выраженной в мКи и наоборот.

Разновидность атомов, ядра которых имеют определенное число нуклонов (протонов и нейтронов), называется нуклидом.

Символическая запись нуклидов включает химический символ ядра Х и индексы слева внизу “Z” (число протонов в ядре) и “А” слева вверху- полное число нуклонов. Например,

В зависимости от содержания нуклонов нуклиды могут быть объединены в различные группы: изотопы, изобары, изотоны.

Изотопными нуклидами (изотопами) называются нуклиды, имеющие одинаковое число протонов. Они различаются только числом нейтронов. Поэтому все изотопы принадлежат одному и тому же химическому элементу. Так, например, изотопы

являются изотопами одного и того же элемента урана (Z= const).

Поскольку изотопы имеют одинаковое число протонов и одинаковое строение электронных оболочек, то они являются атомами близнецами- их химические свойства практически совпадают. Исключение составляют изотопы водорода - протий Н, дейтерийD, тритийТ, которые из-за слишком большого относительного различия атомных масс существенно отличаются по физико-химическим свойствам (таблица 2.1).

Таблица 2.1 Сравнение свойств обычной и тяжелой воды

	Свойства
	Температура кипения, 0 С
	Критическая температура, 0 С
	Плотность жидкости при 298,15 К, кг/ дм 3
	Диэлектрическая проницаемость при 298,15 К
	Температура максимальной плотности, 0 С
	Температура плавления, 0 С
	Плотность льда в точке плавления, кг/ дм 3

Химические превращения с тяжелым водородом происходят медленнее, чем с его легким изотопом.

Изотонными нуклидами (изотонами) называют нуклиды с одинаковым числом нейтронов и разным числом протонов. Примеры изотонов: Са иТi, которые относятся к разным нуклидам. Термин этот употребляется крайне редко.

Изобарами называют разновидность нуклидов, ядра которых имеют разное число и протонов и нейтронов, но имеют одинаковое число нуклонов. Пример изобаров: Тi иСа.

Поэтому можно сказать, что нуклиды с одинаковым числом протонов– это разные изотопы одного элемента; нуклиды с одинаковым числом нуклонов– это изобары; нуклиды с одинаковым числом нейтронов – изотоны.

2.4 Энергия ядра

Энергия является одной из важнейших характеристик протекания любых физических процессов. В ядерной физике ее роль особенно велика, поскольку незыблемость закона сохране6ния энергии позволяет делать точные расчеты даже в тех случаях, когда многие детали явлений остаются неизвестными. Применительно к ядру рассмотрим несколько различных форм энергии.

2.4.1 Энергия покоя

В соответствии с теорией относительности массе атома m можно сопоставить полную энергию покоя

Если в этой формуле с выражать в метрах на секунду, а m  в килограммах,то Е 0 получится в джоулях. Обозначим через m 0 единицу атомной массы, выраженную в килограммах: m 0 = 1,66∙10 -27 кг. Тогда m= m 0 А r и Е 0 = А r · m 0 c 2 . Величину m 0 c 2 легко вычислить в джоулях, а затем в электрон-вольтах: m 0 c 2 = 931,5 Мэв. Отсюда

Е 0 = 931,5А r . (2.6)

Здесь А r относительная атомная масса, Е 0  полная энергия покоя атома, МэВ.

Еще в V веке до нашей эры греческие мыслители Левкипп и Демокрит сформулировали результаты своих размышлений о структуре материи в виде атомистической гипотезы: вещество невозможно бесконечно делить на все более мелкие части, существуют «окончательные», неделимые частицы вещества. Все материальные предметы состоят из разнообразных атомов

(от греч. atomos -- «неделимый», «неразрезаемый»). Соединяясь, различные типы атомов, образуют все новые вещества.

По легенде, Демокрит, сидя у моря на камне, держал в руке яблоко и размышлял: «Если я буду резать это яблоко ножом на все более мелкие части, всегда ли у меня в руках будет оставаться часть, которая все еще имеет свойства яблока?» Обдумав эту гипотезу, Демокрит пришел к следующим выводам: «Начало Вселенной - атомы и пустота, все же остальное существует лишь во мнении. Миров - бесчисленное множество, и они имеют начало и конец во времени. И ничто не возникает из небытия, не разрешается в небытие. И атомы бесчисленны по величине и множеству, носятся же они во вселенной, кружась в вихре, и таким образом рождается все сложное: огонь, вода, воздух, земля… Атомы же не поддаются никакому воздействию и неизменяемы вследствие твердости».

На начало 19 века приходится становление теории атомно-молекулярного строения мира. Доказать экспериментально, что каждый химический элемент состоит из одинаковых атомов, удалось лишь в 1808 г.

Сделал это английский химик и физик Джон Дальтон, вошедший в историю как создатель химического атомизма. Дальтон представлял атомы в виде упругих шариков и настолько верил в их реальное существование, что даже рисовал на бумаге атомы кислорода и азота.

В 1811 г. итальянский физик и химик Амедео Авогадро выдвинул гипотезу, согласно которой молекулы простых газов состоят из одного или нескольких атомов. На основе этой гипотезы Авогадро дал формулировку одного из основных законов идеальных газов и способ определения атомных и молекулярных масс.

Он открыл один из газовых законов, названный его именем. На его основе был разработан метод определения молекулярного и атомного весов. Итак, все вещества в природе состоят из атомов. Их принято делить на простые, состоящие из атомов одних и тех же элементов (О2, N2, H2 и т.д.), и сложные, в состав которых входят атомы различных элементов (H2O, NaCl, H2SO4 и др.).

Атом - это наименьшее структурное образование любого из простейших химических веществ, называемых элементами.

Хотя понятие атома, как и сам термин, имеет древнегреческое происхождение, только в ХХ веке была твердо установлена истинность атомной гипотезы строения веществ.

Размер и масса атомов чрезвычайно малы. Так, диаметр самого легкого атома (водорода) составляет всего 0,53 . 10-8 см, а его масса 1,67 . 10-24 г.

Развитие исследований радиоактивного излучения, с одной стороны, и квантовой теории - с другой, привели к созданию квантовой модели атома Резерфорда - Бора . После открытия электрона в 1897 г. Джозефом Джоном Томсоном он обнаружил, что от атомов под действием сильного электрического поля отрываются заряженные частицы. По его оценкам, масса «атома электричества» примерно в тысячу раз меньше массы атома водорода, а заряд точно совпадает с зарядом иона водорода.

Позднее, уже в 1910 и 1913 г.г., Роберт Милликен намного повысил точность измерений заряда и массы электрона. Так, несмотря на отдельные мнения, к концу XIX века стало понятно, что частицы, еще меньшие, чем атомы, существуют реально, и что, скорее всего, они входят в состав атомов и являются носителями некоторого наименьшего количества электричества.

Джозеф Томсон, развивая модель У.Томсона, в 1903 г. предлагает свою модель атома («пудинга с изюмом»): в положительную сферу вкраплены электроны. Они удерживаются внутри положительно заряженной сферы упругими силами. Те из них, которые находятся на поверхности, могут довольно легко «выбиваться», оставляя ионизованный атом рис. 1.

Рис. 1.

В многоэлектронных атомах электроны располагаются по устойчивым конфигурациям, рассчитанным Томсоном. Он считал каждую такую конфигурацию определяющей химические свойства атомов. Дж. Томсон предпринял попытку теоретически объяснить периодическую систему элементов Д.И. Менделеева.

Позднее Нильс Бор указал, что со времени этой попытки идея о разделении электронов в атоме на группы сделалась исходным пунктом. В 1911 г. Джозеф Томсон разработал так называемый метод парабол для измерения отношения заряда частицы к её массе, который сыграл большую роль в исследовании изотопов.

В 1903 г. с идеей о планетарной модели строения атома в Токийском физико-математическом обществе выступил японский теоретик Хантаро Нагаока, назвавший эту модель «сатурноподобной».

Х.Нагаока представил строение атома аналогичным строению солнечной системы: роль Солнца играет положительно заряженная центральная часть атома, вокруг которой по установленным кольцеобразным орбитам движутся «планеты» - электроны. При незначительных смещениях электроны возбуждают электромагнитные волны. Но его работа, о которой Э. Резерфорд не знал, не получила дальнейшего развития.

Но вскоре оказалось, что новые опытные факты опровергают модель Джозефа Томсона и, наоборот, свидетельствуют в пользу планетарной модели. Эти факты были открыты выдающимся английским физиком Э. Резерфордом. В первую очередь следует отметить открытие им ядерного строения атома.

Ученик Джозефа Томсона Эрнест Резерфорд в результате знаменитых экспериментов по рассеянию золотой фольгой б-частиц «разделил» атом на маленькое положительно заряженное ядро и окружающие его электроны (рис. 2).

В 1908-1909 г.г. работавшие в университете Виктории (Манчестер, Англия) у Резерфорда Ханс Гейгер, который незадолго до этого сконструировал совместно с ним счетчик альфа-частиц, и Эрнест Марсден установили, что при прохождении альфа-частиц сквозь тонкие пластинки из золотой фольги подавляющее их большинство пролетает навылет, но единичные частицы отклоняются на углы больше 90о, т.е. полностью отражаются.

Рис. 2.

Большинство альфа-частиц пролетало сквозь фольгу, отражалась лишь их малая часть, и Э. Резерфорд понял, что альфа-частицы отражаются, когда налетают на маленькие массивные объекты, и что эти объекты расположены далеко друг от друга. Так были открыты атомные ядра. Объем ядра оказался в миллионы миллиардов раз меньше объема атома, и в этом ничтожно малом объеме находилось практически все вещество атома.

К этому времени уже знали, что электрический ток представляет собой поток частиц, эти частицы назвали электронами. И здесь Резерфорд обратился к планетарной модели строения атома.

Согласно ей он напоминал миниатюрную солнечную систему, в которой «планеты» - электроны вращаются вокруг «Солнца» - ядра (рис. 3).

Рис. 3.

Благодаря работам Резерфорда стало ясно, как устроены атомы: в середине атома находится крохотное массивное ядро, а вокруг ядра «роятся» электроны и образуют легкую оболочку атома. При этом электроны, располагаясь и вращаясь в разных плоскостях, создают отрицательный суммарный заряд, а ядро - положительный. В целом атом же остается электронейтральным, так как положительный заряд ядра полностью компенсируется отрицательным зарядом электронов.

Однако, согласно законам классической механики и электродинамики, вращение электрона вокруг ядра должно сопровождаться электромагнитным излучением с непрерывным спектром.

Но это противоречило известным еще с 1880 г. линейчатым спектрам газов и паров химических элементов.

Противоречие разрешил в 1913 г. ученик Резерфорда датский физик Нильс Бор, разработав квантовую модель строения атома на основе квантовой теории излучения и поглощения света, созданной Максом Планком и Альбертом Эйнштейном.

(14 декабря 1900 г.) Планк продемонстрировал вывод этой формулы, основанный на предположении, что энергия осциллятора есть целое кратное величины hv, где v - частота излучения, a h -- новая универсальная постоянная, названная Максом Планком элементарным квантом действия (сейчас - это постоянная Планка). Введение этой величины было началом эпохи новой, квантовой физики.

Нильс Бор выдвинул предположение, что атом водорода (система протон-электрон) может находиться только в определенных стационарных энергетических состояниях (электрон - на определенных орбитах), причем одно из них соответствует минимуму энергии и является основным (невозбужденным). Испускание или поглощение атомом энергии может происходить, согласно теории Бора, только при переходах электрона из одного энергетического состояния в другое (с одной орбиты на другую).

На основании этого Бор сформулировал свои постулаты:

• 1. Электрон в атоме находится в «стационарном» состоянии (движется по стационарной орбите) и никакой энергии не излучает.
• 2. Будучи выведенным из стационарного состояния (переведенным на другую орбиту), электрон, возвращаясь, излучает квант света hn = Е2 - Е1.
• 3. Электрон в атоме может находиться только на тех «разрешенных» орбитах, для которых момент количества движения (mvr) принимает некие дискретные значения, а именно mvr = nh/2p , где n - целое число 1, 2, 3…

Заряд ядра оказался важнейшей характеристикой атома. В 1913 г. было показано, что заряд ядра совпадает с номером элемента в таблице Менделеева.

Теория Бора позволяла очень точно вычислить положение линий в спектре испускания атомарного водорода. Однако она не могла предсказать соотношение интенсивностей линий даже в этой простейшей системе.

Для систем, содержащих более одного электрона, например атома гелия, теория Бора уже не давала точных значений спектральных линий.

Поэтому в 1923-26 г.г. Луи де Бройлем (Франция), Вернером Гейзенбергом (Германия) и Эрвином Шрёдингером (Австрия) была разработана новая теория квантовой (волновой) механики.

Блестящая идея, высказанная Гейзенбергом, состояла в том, чтобы рассматривать квантовые события как явления на совершенно ином уровне, чем в классической физике. Он подошел к ним как к явлениям, не допускающим точного наглядного представления, например с помощью картины вращающихся по орбитам электронов.

Через несколько месяцев Э.Шрёдингер предложил другую формулировку квантовой механики, описывающей эти явления на языке волновых понятий.

Подход Шрёдингера брал начало в работах Луи де Бройля, высказавшего гипотезу о так называемых волнах материи: подобно тому, как свет, традиционно считавшийся волнами, может обладать корпускулярными свойствами (фотоны или кванты излучения), частицы могут обладать волновыми свойствами. Позднее было доказано, что матричная и волновая механики, по существу, эквивалентны. Взятые вместе, они образуют то, что ныне называется квантовой механикой. Вскоре эта механика была расширена английским физиком-теоретиком XX века Полем Дираком (Нобелевская премия по физике, 1933), включившим в волновое уравнение элементы теории относительности Эйнштейна с учетом спина электрона.

В основе современной теории строения атома лежат следующие основные положения:

1). электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Он может вести себя и как частица, и как волна. Подобно частице, электрон обладает определенной массой и зарядом. В то же время, движущийся электрон проявляет волновые свойства, т.е. например, характеризуется способностью к дифракции. Длина волны электрона л и его скорость v связаны соотношением де Бройля:

где m - масса электрона;

• 2). для электрона невозможно одновременно точно, измерить координату и скорость. Чем точнее мы измеряем скорость, тем больше неопределенность в координате, и наоборот. Математическим выражением принципа неопределенности служит соотношение: ?x m ?v > ћ/2, где?х - неопределенность положения координаты; ?v -- погрешность измерения скорости;
• 3). электрон в атоме не движется по определенным траекториям, а может

находиться в любой части околоядерного пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова. Пространство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называют орбиталью;

4). ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название - нуклоны). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.

В 1932 г. наш отечественный физик Дмитрий Дмитриевич Иваненко и немецкий ученый Вернер Гейзенберг (Хайзенберг) независимо друг от друга высказали предположение, что нейтрон является наряду с протоном структурным элементом ядра.

Однако, протонно-нейтронная модель ядра была встречена большинством физиков скептически. Даже Э. Резерфорд полагал, что нейтрон - это лишь сложное образование протона и электрона.

В 1933 г. Дмитрий Иваненко выступил с докладом о модели ядра, в котором он защищал протонно-нейтронную модель, сформулировав основной тезис: в ядре имеются только тяжелые частицы. Иваненко отверг идею о сложной структуре нейтрона и протона. По его мнению, обе частицы должны обладать одинаковой степенью элементарности, т.е. и нейтрон, и протон способны переходить друг в друга.

В дальнейшем протон и нейтрон стали рассматриваться как два состояния одной частицы - нуклона, и идея Иваненко стала общепринятой, а в 1932 г. в составе космических лучей была открыта еще одна элементарная частица - позитрон.

В настоящее время существует гипотеза о делимости ряда элементарных частиц на субчастицы кварки.

Кварки - это гипотетические частицы, из которых, как предполагается, могут состоять все известные элементарные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях (адроны).

Гипотеза о существовании кварков была высказана в 1964 г. независимо друг от друга американским физиком Мари Гелл-Манном и австрийским (а впоследствии американским) ученым Георгом (Джорджем) Цвейгом с целью объяснения закономерностей, установленных для адронов.

Кстати, у термина «кварк» нет точного перевода. Он имеет чисто литературное происхождение: был заимствован Гелл-Манном из романа Дж. Джойса «Поминки по Финнегану», где означал «нечто неопределенное», «мистическое». Такое название для частиц, очевидно, было выбрано потому, что кварки проявляли ряд необычных свойств, выделяющих их из всех известных элементарных частиц (например, дробный электрический заряд) .

На рисунке 4 изображена современная модель строения атома.

Рис. 4.

Итак, атомы состоят из трех видов элементарных частиц. В центре атома имеется ядро, образованное протонами и нейтронами. Вокруг него быстро вращаются электроны, образуя так называемые электронные облака. Количество протонов в ядре равно количеству электронов, движущихся вокруг него. Масса протона примерно равна массе нейтрона. Масса электрона гораздо меньше их масс (1836 раз).

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов.

Химический элемент однозначно характеризуется атомным номером Z , совпадающим с числом протонов в ядре.
Ядро с данным числом протонов Z может иметь разное число нейтронов N . Протоны и нейтроны вместе называются нуклонами. Конкретное ядро с данными Z, N называется нуклидом.
Массовым числом называется полное число нуклонов в ядре: A = Z + N .
Так как массы протонов и нейтронов очень близки (mn/mp = 1,0014 )

Ядерные силы. Существование ядер возможно только в том случае, если между нуклонами действуют силы особой природы, противодействующие электростатическому отталкиванию протонов и сжимающие все нуклоны в малой области пространства. Такие силы не могут иметь ни электростатическую природу (наоборот, эти силы должны сильно притягивать протоны), ни гравитационную природу (численно сила гравитационного притяжения слишком мала, чтобы воспрепятствовать значительному электростатическому отталкиванию). Эти новые силы получили название ядерных сил, а порождающее эти силы взаимодействие называется сильным.

Экспериментально установлены следующие свойства ядерных сил.

1. Эти силы одинаковы по величине, независимо от того, действуют ли они между двумя протонами, протоном и нейтроном или двумя нейтронами (зарядовая независимость ядерных сил).

2. Эти силы имеют короткодействующий характер, т.е. обращаются в нуль, если расстояние между нуклонами превышает размер ядра.

3. В области действия ядерных сил эти силы очень велики (по сравнению с электромагнитными или, тем более, гравитационными силами) и являются силами притяжения вплоть до расстояний порядка R0 , где они сменяются силами отталкивания. Таким образом, нуклоны в ядрах удерживаются в области пространства радиусом R > R0 , однако атомные ядра невозможно сжать до меньших размеров.

Изотопы – атомы одного элемента, которые имеют разные массовые числа

Атомы изотопов одного элемена имеют одинаковое число протонов, и отличаютсядруг от друга числом нейтронов

например: водород имеет три изотопа: протий 1 1 Н, дейтирий 2 1 Н, тритий 3 1 Н

Изобары - нуклиды разных элементов, имеющие одинаковое массовое число; например, изобарами являются 40 Ar, 40 K, 40 Ca.

Билет 11. Природа и виды внутримолекулярной химической связи. Примеры соединений с различными видами хим.связи

Различают четыре типа химических связей: ионную, ковалентную, металлическую и водородную.

Ионная химическая связь - это связь, образовавшаяся за счет электростатического притяжения катионов к анионам.

Ковалентная химическая связь - это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар.

Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи рассмотрим на классическом примере образования иона аммония NH4+:

Металлическая связь
Связь в металлах и сплавах, которую выполняют относительно свободные электроны между ионами металлов в металлической кристаллической решетке, называют металлической.Такая связь ненаправленная, ненасыщенная, характеризуется небольшим числом валентных электронов и большим числом свободных орбиталей, что характерно для атомов металлов. Схема образования металлической связи (М - металл):

_
М 0 - nе <-> М n+

Водородная связь

Химическую связь между положительно поляризованными атомами водорода одной молекулы (или ее части) и отрицательно поляризованными атомами сильно электроотрицательных элементов, имеющих неподеленные электронные пары другой молекулы (или ее части), называют водородной.

В биополимерах - белках (вторичная структура) имеется внутримолекулярная водородная связь между карбонильным кислородом и водородом аминогруппы.

Молекулы полинуклеотидов - ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) представляют собой двойные спирали, в которых две цепи нуклеотидов связаны друг с другом водородными связями. При этом действует принцип комплементарности, то есть эти связи образуются между определенными парами, состоящими из пуринового и пиримидинового оснований: против аденинового нуклеотида (А) располагается тиминовый (Т), а против гуанинового (Г) - цитозиновый (Ц).

Вещества с водородной связью имеют молекулярные кристаллические решетки.

Билет 12. основные положения метода ВС на примере образования катиона NH 4

) A = N + Z в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Z и нейтронов N различаются: $Z\_1\; \backslash ne\; Z\_2$, $N\_1\; \backslash ne\; N\_2$. 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 .

Примордиальные изобарные пары и триады

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	$\backslash mathsf\{\_\{16\}S\; \backslash \; \backslash \; \_\{18\}Ar\}$	21	104	$\backslash mathsf\{\_\{44\}Ru\; \backslash \; \backslash \; \_\{46\}Pd\}$	41	150	$\backslash mathsf\{\_\{60\}Nd\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{62\}Sm\}$
2	46	$\backslash mathsf\{\_\{20\}Ca\; \backslash \; \backslash \; \_\{22\}Ti\}$	22	106	$\backslash mathsf\{\_\{46\}Pd\; \backslash \; \backslash \; \_\{48\}Cd\}$	42	152	$\backslash mathsf\{\_\{62\}Sm\; \backslash \; \backslash \; \_\{64\}Gd\}$ (α)
3	48	$\backslash mathsf\{\_\{20\}Ca\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{22\}Ti\}$	23	108	$\backslash mathsf\{\_\{46\}Pd\; \backslash \; \backslash \; \_\{48\}Cd\}$	43	154	$\backslash mathsf\{\_\{62\}Sm\; \backslash \; \backslash \; \_\{64\}Gd\}$
4	54	$\backslash mathsf\{\_\{24\}Cr\; \backslash \; \backslash \; \_\{26\}Fe\}$	24	110	$\backslash mathsf\{\_\{46\}Pd\; \backslash \; \backslash \; \_\{48\}Cd\}$	44	156	$\backslash mathsf\{\_\{64\}Gd\; \backslash \; \backslash \; \_\{66\}Dy\}$
5	58	$\backslash mathsf\{\_\{26\}Fe\; \backslash \; \backslash \; \_\{28\}Ni\}$	25	112	$\backslash mathsf\{\_\{48\}Cd\; \backslash \; \backslash \; \_\{50\}Sn\}$	45	158	$\backslash mathsf\{\_\{64\}Gd\; \backslash \; \backslash \; \_\{66\}Dy\}$
6	64	$\backslash mathsf\{\_\{28\}Ni\; \backslash \; \backslash \; \_\{30\}Zn\}$	26	113	$\backslash mathsf\{\_\{48\}Cd\}$ (β −)$\backslash mathsf\{\_\{49\}In\}$	46	160	$\backslash mathsf\{\_\{64\}Gd\; \backslash \; \backslash \; \_\{66\}Dy\}$
7	70	$\backslash mathsf\{\_\{30\}Zn\; \backslash \; \backslash \; \_\{32\}Ge\}$	27	114	$\backslash mathsf\{\_\{48\}Cd\; \backslash \; \backslash \; \_\{50\}Sn\}$	47	162	$\backslash mathsf\{\_\{66\}Dy\; \backslash \; \backslash \; \_\{68\}Er\}$
8	74	$\backslash mathsf\{\_\{32\}Ge\; \backslash \; \backslash \; \_\{34\}Ge\}$	28	115	$\backslash mathsf\{\_\{49\}In\}$ (β −) $\backslash mathsf\{\_\{50\}Sn\}$	48	164	$\backslash mathsf\{\_\{66\}Dy\; \backslash \; \backslash \; \_\{68\}Er\}$
9	76	$\backslash mathsf\{\_\{32\}Ge\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{34\}Se\}$	29	116	$\backslash mathsf\{\_\{48\}Cd\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{50\}Sn\}$	49	168	$\backslash mathsf\{\_\{68\}Er\; \backslash \; \backslash \; \_\{70\}Yb\}$
10	78	$\backslash mathsf\{\_\{34\}Se\; \backslash \; \backslash \; \_\{36\}Kr\}$	30	120	$\backslash mathsf\{\_\{50\}Sn\; \backslash \; \backslash \; \_\{52\}Te\}$	50	170	$\backslash mathsf\{\_\{68\}Er\; \backslash \; \backslash \; \_\{70\}Yb\}$
11	80	$\backslash mathsf\{\_\{34\}Se\; \backslash \; \backslash \; \_\{36\}Kr\}$	31	122	$\backslash mathsf\{\_\{50\}Sn\; \backslash \; \backslash \; \_\{52\}Te\}$	51	174	$\backslash mathsf\{\_\{70\}Yb\; \backslash \; \backslash \; \_\{72\}Hf\}$ (α)
12	82	$\backslash mathsf\{\_\{34\}Se\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{36\}Kr\}$	32	123	$\backslash mathsf\{\_\{51\}Sb\; \backslash \; \backslash \; \_\{52\}Te\}$	52	184	$\backslash mathsf\{\_\{74\}W\; \backslash \; \backslash \; \_\{76\}Os\}$
13	84	$\backslash mathsf\{\_\{36\}Kr\; \backslash \; \backslash \; \_\{36\}Sr\}$	33	126	$\backslash mathsf\{\_\{52\}Te\; \backslash \; \backslash \; \_\{54\}Xe\}$	53	186	$\backslash mathsf\{\_\{74\}W\; \backslash \; \backslash \; \_\{76\}Os\}$ (α)
14	86	$\backslash mathsf\{\_\{36\}Kr\; \backslash \; \backslash \; \_\{38\}Sr\}$	34	128	$\backslash mathsf\{\_\{52\}Te\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{54\}Xe\}$	54	187	$\backslash mathsf\{\_\{75\}Re\}$ (β − , α) $\backslash mathsf\{\_\{76\}Os\}$
15	87	$\backslash mathsf\{\_\{37\}Rb\}$ (β −) $\backslash mathsf\{\_\{38\}Sr\}$	35	132	$\backslash mathsf\{\_\{54\}Xe\; \backslash \; \backslash \; \_\{56\}Ba\}$	55	190	$\backslash mathsf\{\_\{76\}Os\; \backslash \; \backslash \; \_\{78\}Pt\}$ (α)
16	92	$\backslash mathsf\{\_\{40\}Zr\; \backslash \; \backslash \; \_\{42\}Mo\}$	36	134	$\backslash mathsf\{\_\{54\}Xe\; \backslash \; \backslash \; \_\{56\}Ba\}$	56	192	$\backslash mathsf\{\_\{76\}Os\; \backslash \; \backslash \; \_\{78\}Pt\}$
17	94	$\backslash mathsf\{\_\{40\}Kr\; \backslash \; \backslash \; \_\{42\}Mo\}$	37	142	$\backslash mathsf\{\_\{58\}Ce\; \backslash \; \backslash \; \_\{60\}Nd\}$	57	196	$\backslash mathsf\{\_\{78\}Pt\; \backslash \; \backslash \; \_\{80\}Hg\}$
18	98	$\backslash mathsf\{\_\{42\}Mo\; \backslash \; \backslash \; \_\{44\}Ru\}$	38	144	$\backslash mathsf\{\_\{60\}Nd\}$ (α) $\backslash mathsf\{\_\{62\}Sm\}$	58	198	$\backslash mathsf\{\_\{78\}Pt\; \backslash \; \backslash \; \_\{80\}Hg\}$
19	100	$\backslash mathsf\{\_\{42\}Mo\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{44\}Ru\}$	39	146	$\backslash mathsf\{\_\{60\}Nd\; \backslash \; \backslash \; \_\{62\}Sm\}$ (α)	59	204	$\backslash mathsf\{\_\{80\}Hg\; \backslash \; \backslash \; \_\{82\}Pb\}$
20	102	$\backslash mathsf\{\_\{44\}Ru\; \backslash \; \backslash \; \_\{46\}Pd\}$	40	148	$\backslash mathsf\{\_\{60\}Nd\; \backslash \; \backslash \; \_\{62\}Sm\}$ (α)

Примордиальные изобарные триады

№	Массовое число	Изобарная триада
1	40	$\backslash mathsf\{\_\{18\}Ar\; \backslash \; \backslash \; \_\{19\}K\}$ (β + , β − , ε) $\backslash mathsf\{\_\{20\}Ca\}$
2	50	$\backslash mathsf\{\_\{22\}Ti\; \backslash \; \backslash \; \_\{23\}V\}$ (β + , β −) $\backslash mathsf\{\_\{24\}Cr\}$
3	96	$\backslash mathsf\{\_\{40\}Zr\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{42\}Mo\; \backslash \; \backslash \; \_\{44\}Ru\}$
4	124	$\backslash mathsf\{\_\{50\}Sn\; \backslash \; \backslash \; \_\{52\}Te\; \backslash \; \backslash \; \_\{54\}Xe\}$
5	130	$\backslash mathsf\{\_\{52\}Te\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{54\}Xe\; \backslash \; \backslash \; \_\{56\}Ba\}$ (2ε)
6	136	$\backslash mathsf\{\_\{54\}Xe\}$ (2β −) $\backslash mathsf\{\_\{56\}Ba\; \backslash \; \backslash \; \_\{58\}Ce\}$
7	138	$\backslash mathsf\{\_\{56\}Ba\; \backslash \; \backslash \; \_\{57\}La\}$ (ε, β −) $\backslash mathsf\{\_\{58\}Ce\}$
8	176	$\backslash mathsf\{\_\{70\}Yb\; \backslash \; \backslash \; \_\{71\}Lu\}$ (β −) $\backslash mathsf\{\_\{72\}Hf\}$
9	180	$\backslash mathsf\{\_\{72\}Hf\; \backslash \; \backslash \; \_\{73\}Ta\}$ (изомер) $\backslash mathsf\{\_\{74\}W\}$ (α)

В масс-спектрометрии

В масс-спектрометрии изобарами называются как ядра с одинаковым массовым числом, так и молекулы с (приблизительно) одинаковой молекулярной массой. Так, молекулы 16 O 1 H 2 H (полутяжёлой воды) являются молекулярными изобарами к атому 19 F . 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

Напишите отзыв о статье "Изобары"

Примечания

Литература

• 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 .

Отрывок, характеризующий Изобары

– Нездорова, что ли? От страха министра, как нынче этот болван Алпатыч сказал.
– Нет, mon pere. [батюшка.]
Как ни неудачно попала m lle Bourienne на предмет разговора, она не остановилась и болтала об оранжереях, о красоте нового распустившегося цветка, и князь после супа смягчился.
После обеда он прошел к невестке. Маленькая княгиня сидела за маленьким столиком и болтала с Машей, горничной. Она побледнела, увидав свекора.
Маленькая княгиня очень переменилась. Она скорее была дурна, нежели хороша, теперь. Щеки опустились, губа поднялась кверху, глаза были обтянуты книзу.
– Да, тяжесть какая то, – отвечала она на вопрос князя, что она чувствует.
– Не нужно ли чего?
– Нет, merci, mon pere. [благодарю, батюшка.]
– Ну, хорошо, хорошо.
Он вышел и дошел до официантской. Алпатыч, нагнув голову, стоял в официантской.
– Закидана дорога?
– Закидана, ваше сиятельство; простите, ради Бога, по одной глупости.
Князь перебил его и засмеялся своим неестественным смехом.
– Ну, хорошо, хорошо.
Он протянул руку, которую поцеловал Алпатыч, и прошел в кабинет.
Вечером приехал князь Василий. Его встретили на прешпекте (так назывался проспект) кучера и официанты, с криком провезли его возки и сани к флигелю по нарочно засыпанной снегом дороге.
Князю Василью и Анатолю были отведены отдельные комнаты.
Анатоль сидел, сняв камзол и подпершись руками в бока, перед столом, на угол которого он, улыбаясь, пристально и рассеянно устремил свои прекрасные большие глаза. На всю жизнь свою он смотрел как на непрерывное увеселение, которое кто то такой почему то обязался устроить для него. Так же и теперь он смотрел на свою поездку к злому старику и к богатой уродливой наследнице. Всё это могло выйти, по его предположению, очень хорошо и забавно. А отчего же не жениться, коли она очень богата? Это никогда не мешает, думал Анатоль.
Он выбрился, надушился с тщательностью и щегольством, сделавшимися его привычкою, и с прирожденным ему добродушно победительным выражением, высоко неся красивую голову, вошел в комнату к отцу. Около князя Василья хлопотали его два камердинера, одевая его; он сам оживленно оглядывался вокруг себя и весело кивнул входившему сыну, как будто он говорил: «Так, таким мне тебя и надо!»
– Нет, без шуток, батюшка, она очень уродлива? А? – спросил он, как бы продолжая разговор, не раз веденный во время путешествия.
– Полно. Глупости! Главное дело – старайся быть почтителен и благоразумен с старым князем.
– Ежели он будет браниться, я уйду, – сказал Анатоль. – Я этих стариков терпеть не могу. А?
– Помни, что для тебя от этого зависит всё.
В это время в девичьей не только был известен приезд министра с сыном, но внешний вид их обоих был уже подробно описан. Княжна Марья сидела одна в своей комнате и тщетно пыталась преодолеть свое внутреннее волнение.
«Зачем они писали, зачем Лиза говорила мне про это? Ведь этого не может быть! – говорила она себе, взглядывая в зеркало. – Как я выйду в гостиную? Ежели бы он даже мне понравился, я бы не могла быть теперь с ним сама собою». Одна мысль о взгляде ее отца приводила ее в ужас.
Маленькая княгиня и m lle Bourienne получили уже все нужные сведения от горничной Маши о том, какой румяный, чернобровый красавец был министерский сын, и о том, как папенька их насилу ноги проволок на лестницу, а он, как орел, шагая по три ступеньки, пробежал зa ним. Получив эти сведения, маленькая княгиня с m lle Bourienne,еще из коридора слышные своими оживленно переговаривавшими голосами, вошли в комнату княжны.
– Ils sont arrives, Marieie, [Они приехали, Мари,] вы знаете? – сказала маленькая княгиня, переваливаясь своим животом и тяжело опускаясь на кресло.
Она уже не была в той блузе, в которой сидела поутру, а на ней было одно из лучших ее платьев; голова ее была тщательно убрана, и на лице ее было оживление, не скрывавшее, однако, опустившихся и помертвевших очертаний лица. В том наряде, в котором она бывала обыкновенно в обществах в Петербурге, еще заметнее было, как много она подурнела. На m lle Bourienne тоже появилось уже незаметно какое то усовершенствование наряда, которое придавало ее хорошенькому, свеженькому лицу еще более привлекательности.
– Eh bien, et vous restez comme vous etes, chere princesse? – заговорила она. – On va venir annoncer, que ces messieurs sont au salon; il faudra descendre, et vous ne faites pas un petit brin de toilette! [Ну, а вы остаетесь, в чем были, княжна? Сейчас придут сказать, что они вышли. Надо будет итти вниз, а вы хоть бы чуть чуть принарядились!]
Маленькая княгиня поднялась с кресла, позвонила горничную и поспешно и весело принялась придумывать наряд для княжны Марьи и приводить его в исполнение. Княжна Марья чувствовала себя оскорбленной в чувстве собственного достоинства тем, что приезд обещанного ей жениха волновал ее, и еще более она была оскорблена тем, что обе ее подруги и не предполагали, чтобы это могло быть иначе. Сказать им, как ей совестно было за себя и за них, это значило выдать свое волнение; кроме того отказаться от наряжения, которое предлагали ей, повело бы к продолжительным шуткам и настаиваниям. Она вспыхнула, прекрасные глаза ее потухли, лицо ее покрылось пятнами и с тем некрасивым выражением жертвы, чаще всего останавливающемся на ее лице, она отдалась во власть m lle Bourienne и Лизы. Обе женщины заботились совершенно искренно о том, чтобы сделать ее красивой. Она была так дурна, что ни одной из них не могла притти мысль о соперничестве с нею; поэтому они совершенно искренно, с тем наивным и твердым убеждением женщин, что наряд может сделать лицо красивым, принялись за ее одеванье.
– Нет, право, ma bonne amie, [мой добрый друг,] это платье нехорошо, – говорила Лиза, издалека боком взглядывая на княжну. – Вели подать, у тебя там есть масака. Право! Что ж, ведь это, может быть, судьба жизни решается. А это слишком светло, нехорошо, нет, нехорошо!
Нехорошо было не платье, но лицо и вся фигура княжны, но этого не чувствовали m lle Bourienne и маленькая княгиня; им все казалось, что ежели приложить голубую ленту к волосам, зачесанным кверху, и спустить голубой шарф с коричневого платья и т. п., то всё будет хорошо. Они забывали, что испуганное лицо и фигуру нельзя было изменить, и потому, как они ни видоизменяли раму и украшение этого лица, само лицо оставалось жалко и некрасиво. После двух или трех перемен, которым покорно подчинялась княжна Марья, в ту минуту, как она была зачесана кверху (прическа, совершенно изменявшая и портившая ее лицо), в голубом шарфе и масака нарядном платье, маленькая княгиня раза два обошла кругом нее, маленькой ручкой оправила тут складку платья, там подернула шарф и посмотрела, склонив голову, то с той, то с другой стороны.