ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Систематика изотопов из "Химия изотопов Издание 2" До настоящего времени еще не найдено общих закономерностей, на основании которых можно было бы объединить около 1500 известных ядер в единую 1 систему, подобную той, которая была дана Менделеевым для химических элементов. Такая систематика позволила бы предсказывать еще неоткрытые изотопы и предвидеть их свойства. Было сделано много попыток создать систему атомных ядер, но до сих пор они привели лишь к частичным успехам. Некоторые из них, основанные на внешней аналогии с таблицей Менделеева, сомнительны по существу, так как законы распределения по уровням энергии внеядерных электронов и внутриядерных частиц различны из-за различного характера сил связей. Поэтому нельзя ожидать, чтобы периодичность свойств ядер, в существовании которой сейчас можно не сомневаться, совпадала с периодами химических элементов. Более успешны и перспективны пути систематизации ядер, основанные на экспериментальных данных о составе ядер, энергиях связей, спектрах испускаемых частиц и -лучей, магнитных моментах и др. Однако и на этой основе до настоящего времени были найдены лишь частные и несвободные от исключений закономерности [142, 8, 45]. [c.24] Рассмотрим некоторые закономерности в систематике атомных ядер,, связанные с числом содержащихся в них частиц. Следует при этом напомнить, что ядро содержит 2 протонов и А — Z нейтронов, где Z — порядковый номер элемента и А—массовое число изотопа. [c.24] Давно уже было обращено внимание на то, что как у стабильных, так и у радиоактивных ядер число нейтронов равно или больше числа протонов, или, что равносильно, отношение Л/Z равно или больше двух. Известно лишь два исключения ядра Hi (протон) и Не . У легких элементов Л/Z равно или близко к 2, т. е. для них наиболее устойчивы сочетания из одинакового (или почти одинакового) числа протонов и нейтронов. С возрастанием Z отношение Л/Z плавно растет, достигая у самых тяжелых элементов величины 2,5, что отвечает 1,5 нейтрона на один протон. Из легких ядер особенно устойчивы те, для которых Л кратно четырем. Примером может служить ядро Не (ос-частица ), для которого энергия связи 28,1 Мэв особенно высока и которое, благодаря этому, часто образуется при радиоактивном -распаде тяжелых ядер. Исключительная устойчивость ядер с равным числом протонов и нейтронов и особенно таких, которые содержат целое число сочетаний 2р- -2п, видна также из того, что свыше 90% массы земной коры и метеоритов состоит из ядер О , Mg , Si , Са и Fe . Все они имеют Л, кратное четырем, и, кроме последнего, содержат равное число протонов и нейтронов. [c.25] Эти важные для теории атомных ядер закономерности объясняются в общих чертах следующими соображениями. Частицы внутри ядра, так же как и вненшие электроны в атомах и молекулах, занимают дискретные квантованные энергетические уровни. Энергетически наиболее выгодное для устойчивости состояние ядра отвечало бы расположению всех частиц на низших уровнях, так как в таком состоянии ядро имело бы наименьшую энергию. Это, однако, невозможно, так как, согласно принципу Паули, на одном энергетическом уровне не могут находиться две или более тождественные частицы, имеющие одинаковое квантовое состояние. Как протон, так и нейтрон могут каждый различаться ориентацией углового момента количества движения, т. е. иметь положительный или отрицательный спин. Поэтому в ядре на каждом уровне могут располагаться не более двух протонов с спинами разных знаков и двух таких же нейтронов. Сочетания из таких целиком заполненных низших уровней энергетически наиболее выгодны. Это-объясняет особую устойчивость легких ядер с равным числом протонов и нейтронов, имеющих величины Л, кратные четырем. Однако при переходе к более тяжелым ядрам возрастаютотталкивательныесилы между протонами, и для данного массового числа более выгодными становятся сочетания, в которых часть протонов заменена нейтронами, т. е. где отношение Л/Z больше двух. [c.25] Так как все изотопы данного элемента имеют близкие массовые числа, то соответствие между возрастанием Z и Л сохраняется также между Z и средним химическим атомным весом. Поэтому оба способа выражения периодического закона в функции от порядкового номера Z (что отвечает физическому смыслу этого закона) и от химического атомного веса дают совпадающий результат, за исключением трех известных нарушений последовательности средних атомных весов при Z = 18,27 и 52. [c.25] Известен ряд признаков, указывающих на периодичность в последовательности заполнения энергетических уровней ядер частицами и, следовательно, на периодичность свойств ядер. Одним из них является существование так называемых магических чисел протонов или нейтронов, которым отвечает повышенная устойчивость ядер и нарундение последовательности в их строении и свойствах. К ним принадлежат ядра с 2,8 и 20 нейтронами и протонами (Не, Са ) с 50 и 82 нейтронами или протонами и с 126 нейтронами (последний стабильный изотоп РЬ ). Эти числа были положены в основу ряда попыток создания периодической системы ядер, но они не получили еще удовлетворительного объяснения [142]. [c.26] Элементы с нечетным2 имеют не более двух стабильных изотопов. У них А отличается на единицу для Н, Ве и N (упомянутые 4 исключения типа н — н) и на 2 единицы для более тяжелых элементов. [c.26] Из этих правил следует, что вообще элементы имеют не больше двух изотопов с нечетными А. Последние не имеют стабильных изобаров, за исключением двух пар Сс111 1) 113 д —Те . Четные А не имеют стабильных изобаров, принадлежащих соседним элементам, за исключением А = 50. [c.26] Вернуться к основной статье