Русская Википедия:Изобары
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[1].
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[2].
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
Примечания
Литература
