Ядерная физика. Лекция 4. Изотопы, изобары и зеркальные ядра.
ИЗОТОПЫ.
Химические элементы отличаются друг от друга зарядами своих ядер, то есть числом протонов в ядрах.
Число же нейтронов может быть разным.
Таким образом, один и тот же химический элемент может иметь разные ядра, отличающиеся числом нейтронов.
Именно поэтому различных ядер намного больше, чем различных химических элементов.
Такие разные по числу нейтронов ядра одного и того же химического элемента называются изотопами этого химического элемента.
Таким образом, изотопы - это атомы, ядра которых имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
Изотопы - это атомы одного и того же химического элемента.
Тем самым, один и тот же химический элемент может быть представлен разными изотопами.
Изотопы обычно сильно отличаются своей стабильностью: в зависимости от соотношения протонов и нейтронов, изотопы бывают стабильные и нестабильные (радиоактивные).
Помимо стабильности, изотопы различаются в основном лишь массой: атомы, в ядрах которых больше нейтронов, являются более тяжёлыми.
Строение электронной оболочки у изотопов одинаковое, поэтому одинаковы и их химические свойства.
Однако утверждение о химической эквивалентности изотопов является лишь приближённым.
Это обусловлено тем, что из-за разной массы, разные изотопы перемещаются с разными скоростями.
Поэтому даже при одинаковом строении электронной оболочки, разные изотопы могут по-разному участвовать в некоторых химических реакциях.
Поэтому, например, в живых организмах можно заменить только от 10 до 50 % воды на тяжёлую (дейтериевую) воду.
Хотя дейтериевая вода не радиоактивна, именно из-за уменьшения подвижности её молекул более высокая её концентрация приводит к нарушению клеточных функций и к гибели клеток.
ИЗОБАРЫ.
Изобары - это ядра, в которых одинаковое число нуклонов, но при этом разные числа протонов и нейтронов.
Следовательно, изобары, в отличие от изотопов - это ядра разных химических элементов, но имеющие примерно одинаковую массу.
То есть у изобаров разный заряд ядра, но примерно одинаковая масса.
А у изотопов наоборот: одинаковый заряд, но разная масса.
Вследствие одинаковости массы, изобары в некоторых ситуациях могут вести себя аналогичным образом.
ЗЕРКАЛЬНЫЕ ЯДРА.
Частным случаем изобаров являются зеркальные ядра.
В ядре, зеркальном данному, число протонов равно числу нейтронов в исходном ядре, а число нейтронов равно числу протонов в исходном ядре.
То есть числа протонов и нейтронов в зеркальных ядрах как бы меняются местами.