Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
Короткодействующий характер ядерных сил обусловливает сильное сближение протонов и нейтронов в ядре, и плотность «ядерного вещества» достигает впечатляющей величины - 1,6•1O8 т/см3. Объем ядра оказывается прямо пропорциональным общему числу протонов и нейтронов в его составе. Напрашивается вывод о плотней-шей упаковке нуклонов в ядре. Но этот вывод не следует воспринимать так, как принято для твердых тел. Положение нуклонов в ядре не является стационарным: они перемещаются внутри ядра, вероятно, подобно частицам в жидкости.
Согласно одной из моделей строения ядра нуклиды распределяются в ядрах по оболочкам подобно электронам в атомах. Например, замечено, что нуклоны в ядре могут возбуждаться и переходить на более высокий энергетический уровень, а затем возвращаться на основной и при этом испускать квант энергии. Однако время
* Силы тяготения действуют между любыми частицами материи. Три других типа взаимодействий осуществляются с участием трех групп элементарных частиц: 1) фотонов или квантов электромагнитного излучения; 2) лептонов (электрон и электронное нейтрино, мюон и мюонное нейтрино, тяжелый т-лептон и соответствующее нейтрино), они участвуют как в электромагнитных, так и слабых взаимодействиях; 3) адронов (мезоны и бариоиы), они участвуют в сильных взаимодействиях (и в других типах взаимодействий). Вопрос об элементарности многих из этих частиц является дискуссионным.
246
В.В. Вольхин. Общая химия
существования возбужденного состояния ядер значительно короче, чем возбужденного состояния атомов.
Обнаруживается некоторая периодичность состава и свойств ядер. Поскольку важным представляется вопрос о стабильности ядер, то обсудим это положение более подробно. Определенные комбинации протонов и нейтронов в ядре отличаются особой стабильностью:
1. Ядра элементов с четными атомными номерами более стабильны, чем с нечетными (исключение нуклид [H).
2. Элементы с четными номерами представлены большим числом изотопов, и среди них не менее трех являются стабильными. Элементы же с нечетными атомными номерами обычно представлены только одним стабильным изотопом и никогда не имеют больше двух изотопов.
3. Большая часть стабильных изотопов имеет четное число и протонов и нейтронов. Если проанализировать число стабильных изотопов для вариантов: а) Np - четное и N11 - четное, б) Np - четное и Nn - нечетное, в) Np - нечетное и Nn - четное, г) Np -нечетное и N11 - нечетное (Np и N11 - числа протонов и нейтронов соответственно), то соотношение между ними приближенно выразится следующими числами: 164(a) :55(6): 5 (в): 4 (г).
Предполагают, что пары нуклонов в ядре, подобно парам электронов с противоположными спинами в атомах, оказываются стабильными группировками и освободившаяся при их образовании энергия стабилизирует систему в целом.
Вероятно, с оболочечной структурой ядер связана особая стабильность тех из них, которые содержат некоторое наиболее благоприятное число нейтронов и/или протонов, а именно 2, 8, 20, 28, 50, 82 или 126. Почти такую же роль играют числа 114,164 и 184.
Например, кальций (Np - 20) имеет шесть стабильных нуклидов - J01 Ca, J Ca, JJ Ca, JJ Ca, 2» Ca и JJ Ca (период полураспада >1016 лет), а его сосед по периодической таблице - скандий (Np = 21) - не обладает благоприятным числом протонов и представлен в природе только одним стабильным нуклидом J'Sc. Среди нестабильных нуклидов кальция известны прежде всего те, которые содержат в ядрах нечетное число нейтронов: Jo Ca, и Ca, 2„Ca5 Ca, JJ Ca.
Стабильными нуклидами свинца являются 2JJ Pb и 2Ц Pb. Первый из них содержит благоприятное число протонов (82), а второй - благоприятные числа и протонов (82), и нейтронов (126). Поэтому нуклид 2Ц Pb характеризуется особой стабильностью.
Существует также взаимосвязь между стабильностью ядер и отношением числа нейтронов к числу протонов (Nn I Np) в их составе. У ядер элементов с низким массовым числом (А < 41) более стабильными оказываются те, у которых отношение Nn I Np - 1, т.е. числа протонов и нейтронов равны. Примеры: 12C, 1JN5 1JO и другие.
При А > 41 более стабильными становятся ядра, у которых Nn I Np > 1, т.е. необходим избыток числа нейтронов по сравнению с числом протонов. Примеры стабильных ядер элементов с А > 41: \\ Sc, JjTi, j[V и т.д.
Ядерные реакции
247
Весьма важным представляется заключение о том, что все ядра, атомные номера которых больше 83 (Z > 83), становятся нестабильными. Это означает, что все элементы тяжелее висмута представлены только радиоактивными изотопами.
гт с У гт 4O1, 52,-, 51 л 63™ 64 7„ 66™ 85 г, KS с 9O0-. 133
Примерз.1. Даны ядра элементов |9К, 24Cr, 24Cr, 30Zn, .-,„Zn, 30Zn, м Sr, 1KSr, Sr, S5 Cs, 1JjCs, Po, 2^41 Po. Проведите оценку их возможной стабильности или нестабильности.
Решение. Нуклид К - нестабилен, т.к. его ядро содержит нечетное число протонов. Наиболее вероятно, что стабильными являются нуклиды 24 Cr, f0 Zn и (fQ Zn, в их ядрах - четное число протонов
и нейтронов. Нечетное число нейтронов в ядрах 24Сг и "Zn, эти нуклиды нестабильны. Труднее отобрать стабильные и нестабильные ядра среди изотопов Sr и Cs. Известно, что среди них радиоактивными являются нуклиды Il Sr, Il Sr и 1Jj Cs, а стабильными - Ц Sr и 1Jj Cs. Нестабильность нуклида jg Sr можно объяснить нечетным числом нейтронов в его ядре. Что же касается радиоактивного
