Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 40

Таблица 38 ^[18]

Изотопы рутения, с наибольшей энергией связи, и смежные к ним

Рис. 163

Рис. 164

Таблица 39 ^[8]

Стабильные изотопы и изотопы с периодом полураспада > времени от Большого Взрыва (1,38×10¹⁰ лет), рутения

Далее: Наконец, рассмотрим строение наиболее энерговыгодного изотопа следующего элемента, — палладия-104, см. табл. 40 и рис. 165. На рис., нейтроны в ближней части ядра — компенсируют возросшее электрическое отталкивание протонов, и т. о. становятся более выгодными, чем в аналогичном ядре, рутении-102.

Таблица 40 ^[18]

Изотоп палладия, с наибольшей энергией связи, и смежные к нему

Рис. 165

Итак, мы рассмотрели наиболее энерговыгодные изотопы чуть более чем половины (чётных) элементов 5-го ряда таблицы Менделеева (см. табл. 33), усмотрев причину наибольшей энерговыгодности этих изотопов — в том же, в чём и для ядер элементов второй половины 4-го ряда элементов (= в числе непосредственно и выгодно связываемых нейтронов, без перехода 3d- или 3sp-протонов на более высокие энергоуровни). Также мы рассмотрели некоторые (другие) стабильные изотопы этих элементов (1/2 5-го ряда).

Далее — подробнее остановимся на последних стабильных изотопах этих элементов:

Так, для стронция, последний стабильный изотоп — совпадает с наиболее энерговыгодным, т. е. стронцием-88 ^[8] (уже рассматривался ранее (рис. 157)). Далее — следует нестабильный = радиоактивный изотоп, стронций-90, с относительно высоким (28,79 лет [8]) временем жизни, существующий благодаря переходу протонов из 3d-положения, как показано на рис. 166. Как видно, вместо кластера трития — в альтернативной конфигурации, может образоваться альфа-частица, к которой может присоединиться только один нейтрон, т. к. она не может повернуться наружу (как того требует трансляционная симметрия), из-за отсутствия протонов в положении, аналогичном расположению 1s-альфа-частицы (см. рис. 166). Из-за невозможности поворота альфа-кластера, изотоп стронций-90 — оказывается последним в ряду изотопов с высоким временем жизни, у стронция. В целом, нестабильность стронция-90 можно понять из того, что переход протона из 3d-положения в наиболее выгодное более высокое — вообще не приводил бы к связыванию дополнительных нейтронов, как видно из рис. 167. (Как видно на рис., перешедшие из 3d-альфы протоны лишь усиливают связь имеющихся нейтронов кластеров трития, в дальней части ядра).

Рис. 166

Рис. 167

У следующего элемента, циркония, переход протонов из 3d, в положение аналогичное 1s (вблизи) — позволяет альфа-частице, развернуться наружу, и эффективно связать ещё три нейтрона, см. рис. 168. Это объясняет, почему ряд стабильных изотопов циркония, в отличие от изотопов стронция, — продолжается далеко за наиболее энерговыгодный, цирконий-90, см. табл. 41.

Рис. 168

Таблица 41 ^[8]

Стабильные изотопы и изотопы с периодом полураспада > времени от Большого Взрыва (1,38×10¹⁰ лет), циркония

Далее: Строение последнего стабильного изотопа следующего за цирконием элемента, молибдена — уже рассматривалось ранее (упоминавшийся, ¹⁰⁰Mo), поэтому переходим сразу к последнему стабильному изотопу элемента, расположенного далее, т. е. рутения: это — рутений-104, см. табл. 39 и рис. 169.

Рис. 169

Можно провести некоторую аналогию между возможностью перехода протонов из 3d-положения (при образовании рутения-104), и электронной конфигурацией рутения: несмотря на то, что 5s электронная оболочка должна заполняться раньше 4d, более энерговыгодным, согласно наблюдениям, оказывается переход электрона с 5s- на 4d-оболочку, т. е. с образованием электронной конфигурации атомов рутения 5s¹4d⁷, вместо 5s²4d⁶ [27].

Аналогичные процессы имеют место и в ядре (т. е. иногда оказывается, что взаимодействия между нуклонами, делают более энерговыгодным нахождение некоторых нуклонов на более высоких энергоуровнях, что мы неоднократно видели, в т. ч. на примере гораздо более лёгких ядер (вплоть до изотопов водорода)).

Далее: Наконец, рассмотрим строение последнего стабильного изотопа следующего элемента, палладия-110, см. табл. 42 и рис. 170. Этот изотоп отличается от последнего стабильного изотопа предыдущего элемента, рутения-104, на целых четыре нейтрона, что объясняется возможностью поворота образуемого альфа-кластера наружу, благодаря двум добавленным протонам (рис. 170).

Таблица 42 ^[8]

Стабильные изотопы и изотопы с периодом полураспада > времени от Большого Взрыва (1,38×10¹⁰ лет), палладия

Рис. 170

В строении палладия 110 — также проведём некоторую аналогию со строением атомов этого же элемента. В атомах палладия, оказывается более энерговыгодным переход всех (двух) электронов с 5s-оболочки (которая должна заполняться раньше 4d) — на 4d-оболочку, с образованием электронной конфигурации 5s⁰4d¹⁰, т. е. полностью заполненного 4d-энергоуровня, вместо 5s²4d⁸ [27]. Т. о. палладий имеет полностью заполненную 4d электронную оболочку, хотя и не является последним 4d-элементом. В некоторой аналогии с этим, в изотопе палладий-110 (как и многих других), нет альфа-частицы 3d-уровня, а протоны переходят на более высокие энергоуровни (что оказывается выгодно, в т. ч. благодаря связыванию дополнительных нейтронов).

Итак, мы рассмотрели, на ряде примеров, наглядное строение ядер тяжёлых элементов пятого ряда таблицы Менделеева. Полученные из простейших соображений, варианты структур ядер и переходов между ядрами, как видно — объясняют различные свойства ядер 5-го ряда элементов (включая времена жизни, энергии связи, способность ядер эффективно связывать то или иное число нейтронов).