Русская Википедия:Изобары

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Шаблон:Другие значения Изоба́ры (в ед.ч. изоба́р; Шаблон:Lang-grc [isos] «одинаковый» + Шаблон:Lang-grc2 [baros] «вес») — нуклиды разных элементов, имеющие одинаковое массовое число; например, изобарами являются ⁴⁰Ar, ⁴⁰K, ⁴⁰Ca. Термин предложен в 1918 году британским химиком Альфредом Уолтером Стюартом.

В ядерной физике

Описание

Хотя массовое число (то есть число нуклонов) Шаблон:Math в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Шаблон:Math и нейтронов Шаблон:Math различаются: <math>Z_1 \ne Z_2</math>, <math>N_1 \ne N_2</math>. Совокупность нуклидов с одинаковым Шаблон:Math, но разным Шаблон:Math называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их атомные массы совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или избытка массы) от Шаблон:Math в изобарической цепочке показывает направление возможных бета-распадов. Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см. формула Вайцзеккера) — сечение долины стабильности плоскостью Шаблон:Math = Шаблон:Math.

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 (Шаблон:Math и Шаблон:Math 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 (<math>\Delta Z = \plusmn 2</math>), 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 Шаблон:Math существует один бета-стабильный изобар, для чётных Шаблон:Math — 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.

Примордиальные изобарные пары и триады

Существуют 58 примордиальных изобарных пар и 9 примордиальных изобарных триад, которые в основном включают в себя стабильные изотопы элементов с чётными Z, отличающимися на 2 единицы, и ряд радиоактивных, но с огромными периодами полураспада, сопоставимыми со временем существования Вселенной. Если учитывать только стабильные нуклиды, то существуют 47 изобарных пар:

Примордиальные изобарные пары

№	Массовое число	Изобарная пара	№	Массовое число	Изобарная пара	№	Массовое число	Изобарная пара
1	36	<math>\mathsf{_{16}S \ \ _{18}Ar}</math>	21	104	<math>\mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd}</math>	41	152	<math>\mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd}</math> (α)
2	46	<math>\mathsf{_{20}Ca \ \ _{22}Ti}</math>	22	106	<math>\mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd}</math>	42	154	<math>\mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd}</math>
3	48	<math>\mathsf{_{20}Ca}</math> (2β−) <math>\mathsf{_{22}Ti}</math>	23	108	<math>\mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd}</math>	43	156	<math>\mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}</math>
4	54	<math>\mathsf{_{24}Cr \ \ _{26}Fe}</math>	24	110	<math>\mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd}</math>	44	158	<math>\mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}</math>
5	58	<math>\mathsf{_{26}Fe \ \ _{28}Ni}</math>	25	112	<math>\mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn}</math>	45	160	<math>\mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}</math>
6	64	<math>\mathsf{_{28}Ni \ \ _{30}Zn}</math>	26	113	<math>\mathsf{_{48}Cd}</math> (β−)<math>\mathsf{_{49}In}</math>	46	162	<math>\mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}</math>
7	70	<math>\mathsf{_{30}Zn \ \ _{32}Ge}</math>	27	114	<math>\mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn}</math>	47	164	<math>\mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}</math>
8	74	<math>\mathsf{_{32}Ge \ \ _{34}Se}</math>	28	115	<math>\mathsf{_{49}In}</math> (β−) <math>\mathsf{_{50}Sn}</math>	48	168	<math>\mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}</math>
9	76	<math>\mathsf{_{32}Ge}</math> (2β−) <math>\mathsf{_{34}Se}</math>	29	116	<math>\mathsf{_{48}Cd}</math> (2β−) <math>\mathsf{_{50}Sn}</math>	49	170	<math>\mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}</math>
10	78	<math>\mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr}</math> (2ε)	30	120	<math>\mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te}</math>	50	174	<math>\mathsf{_{70}Yb \ \ _{72}Hf}</math> (α)
11	80	<math>\mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr}</math>	31	122	<math>\mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te}</math>	51	184	<math>\mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os}</math> (α)
12	82	<math>\mathsf{_{34}Se}</math> (2β−) <math>\mathsf{_{36}Kr}</math>	32	123	<math>\mathsf{_{51}Sb \ \ _{52}Te}</math>	52	186	<math>\mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os}</math> (α)
13	84	<math>\mathsf{_{36}Kr \ \ _{36}Sr}</math>	33	126	<math>\mathsf{_{52}Te \ \ _{54}Xe}</math>	53	187	<math>\mathsf{_{75}Re}</math> (β−) <math>\mathsf{_{76}Os}</math>
14	86	<math>\mathsf{_{36}Kr \ \ _{38}Sr}</math>	34	128	<math>\mathsf{_{52}Te}</math> (2β−) <math>\mathsf{_{54}Xe}</math>	54	190	<math>\mathsf{_{76}Os \ \ _{78}Pt}</math> (α)
15	87	<math>\mathsf{_{37}Rb}</math> (β−) <math>\mathsf{_{38}Sr}</math>	35	132	<math>\mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba}</math>	55	192	<math>\mathsf{_{76}Os \ \ _{78}Pt}</math>
16	92	<math>\mathsf{_{40}Zr \ \ _{42}Mo}</math>	36	134	<math>\mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba}</math>	56	196	<math>\mathsf{_{78}Pt \ \ _{80}Hg}</math>
17	94	<math>\mathsf{_{40}Zr \ \ _{42}Mo}</math>	37	142	<math>\mathsf{_{58}Ce \ \ _{60}Nd}</math>	57	198	<math>\mathsf{_{78}Pt \ \ _{80}Hg}</math>
18	98	<math>\mathsf{_{42}Mo \ \ _{44}Ru}</math>	38	144	<math>\mathsf{_{60}Nd}</math> (α) <math>\mathsf{_{62}Sm}</math>	58	204	<math>\mathsf{_{80}Hg \ \ _{82}Pb}</math>
19	100	<math>\mathsf{_{42}Mo}</math> (2β−) <math>\mathsf{_{44}Ru}</math>	39	148	<math>\mathsf{_{60}Nd \ \ _{62}Sm}</math> (α)
20	102	<math>\mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd}</math>	40	150	<math>\mathsf{_{60}Nd}</math> (2β−) <math>\mathsf{_{62}Sm}</math>

Примордиальные изобарные триады

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

• Изотопы
• Изотоны

Литература

• Шаблон:Книга