Нукли́д ( лат. nucleus — «ядро» и др.-греч. είδος — «вид, сорт») — вид атомов , характеризующийся определённым массовым числом , атомным номером и энергетическим состоянием ядер и имеющий время жизни , достаточное для наблюдения .

Общее описание

Из определения следует, что нуклид — это каждый отдельный вид атомов какого-либо химического элемента с ядром, состоящим из строго определённого числа протонов ( Z ) и нейтронов ( N ), причём ядро находится в определённом энергетическом состоянии (основном состоянии или одном из изомерных состояний).

Число протонов Z представляет собой атомный номер элемента, а сумма A = Z + N — массовое число. Нуклиды, имеющие одинаковый атомный номер (то есть обладающие одинаковым числом протонов), называются изотопами , одинаковое массовое число — изобарами , одинаковое число нейтронов — изотонами . Атомы изотопов являются атомами одного и того же химического элемента (например, изотопы кислорода кислород-16, кислород-17 и кислород-18 имеют одинаковое число протонов, Z = 8 , но разное число нейтронов, N = 8, 9 и 10 ). При этом одинаковые изотопы одного и того же элемента могут представлять собой разные нуклиды — изомеры ; именно поэтому предпочтительно употребление термина «нуклид» (а не «изотоп») при описании явлений, связанных с радиоактивностью .
Атомы изобаров относятся к разным химическим элементам, например азот-16, кислород-16 и фтор-16; в каждой изобарической цепочке (то есть в полном наборе изобаров, имеющих данное массовое число) все химические элементы различны, если не учитывать изомерных состояний нуклидов. Так, в изобарической цепочке с A = 6 известны 4 нуклида: водород-6 с N = 5 и Z = 1 , гелий-6 (4, 2), литий-6 (3, 3) и бериллий-6 (2, 4); теоретически может существовать также бор-6 (1, 5), но экспериментально он не наблюдался.

Относительная атомная масса нуклида округлённо равна его массовому числу, только для углерода-12 она по определению точно равна 12. Например, относительная атомная масса кальция-40 равна 39,96259098. Разность относительной атомной массы и массового числа называется избытком массы .

Для обозначения нуклида элемента (E) используют запись вида: А
Z E
N , причём индексы Z и N могут опускаться. Распространённым является обозначение « элемент - A » (например, углерод-12 , уран-238 , U-235 ). Для нуклидов, представляющих собой метастабильные возбуждённые состояния одного изотопа ( изомеры ), используют латинскую букву m в верхнем правом или верхнем левом индексе, например ¹⁸⁰ Ta ^m или ^{180 m} Ta. Если существует более одного возбуждённого изомерного состояния с данными A и Z , то для них (в порядке возрастания энергии) используют индексы m ₁ , m ₂ и т. д. либо последовательность букв m , n , p , q ,… Некоторые нуклиды имеют традиционные собственные названия, такие как дейтерий , актинон и т. п. (см. список таких названий).

Классификация

Нуклиды делятся на стабильные и радиоактивные (радионуклиды, радиоактивные изотопы ). Стабильные нуклиды не испытывают спонтанных радиоактивных превращений из основного состояния ядра. Радионуклиды путём радиоактивных превращений переходят в другие нуклиды. В зависимости от типа распада, образуются либо другой нуклид того же самого элемента (при нейтронном или ), либо нуклид другого элемента с тем же массовым числом (распады, изменяющие заряд ядра без вылета нуклонов , то есть бета-распад , электронный захват , позитронный распад , все виды двойного бета-распада ), либо два или несколько новых нуклидов ( альфа-распад , протонный распад , кластерный распад , спонтанное деление ).

Среди радионуклидов выделяются короткоживущие и долгоживущие. Радионуклиды, существующие на Земле с момента её формирования, часто называют природными долгоживущими , или примордиальными радионуклидами ; такие нуклиды имеют период полураспада , превышающий 5⋅10 ⁸ лет. Для каждого элемента были искусственно получены радионуклиды; для элементов с атомным номером (то есть числом протонов), близким к одному из «магических чисел», количество известных нуклидов может доходить до нескольких десятков. Наибольшим количеством известных нуклидов — 47 — обладает ртуть (в диапазоне массовых чисел 170—216, без учёта изомерных состояний ) . Некоторые элементы имеют лишь один стабильный нуклид (так называемые моноизотопные элементы , например, золото и кобальт ), а максимальным числом стабильных нуклидов — 10 — обладает олово . У многих элементов все нуклиды радиоактивны (все элементы, имеющие атомный номер больше, чем у свинца , а также технеций и прометий ). Каждому массовому числу соответствует от 0 до 2 стабильных нуклидов, числу нейтронов — от 0 до 6. Общее число всех известных нуклидов превышает 3300 (без учёта изомеров ; на сегодня известно около 1000 нуклидов в основных состояниях, для которых существуют одно или несколько метастабильных возбуждённых состояний с периодом полураспада, превышающим 0,1 мкс ).

Для многих нуклидов (в том числе для наблюдательно стабильных) законами сохранения разрешён тот или иной вид радиоактивности, в действительности не наблюдающийся на существующем уровне чувствительности экспериментальных установок из-за чрезвычайно большого периода полураспада. В частности, для любого данного массового числа A возможен только один бета-стабильный нуклид, соответствующий глобальному минимуму энергии в данной изобарной цепочке. Для всех остальных нуклидов с данным A кинематически разрешён обычный или двойной бета-распад (включая β ⁻ , β ⁺ или электронный захват ), хотя предсказываемые периоды полураспада могут быть крайне велики — например, 10 ³⁰ лет и выше. Большинство нуклидов с массовым числом больше 140 могут испытывать альфа-распад , но по той же причине — крайне большое время жизни — для многих из них этот канал распада не наблюдался. С увеличением чувствительности экспериментов некоторые нуклиды переходят из разряда стабильных в (слабо)радиоактивные (например, была обнаружена слабая альфа-радиоактивность с периодами полураспада >10 ¹⁸ лет у ранее считавшихся стабильными висмута-209 , вольфрама-180 и европия-151 ).

История и этимология

Термин «нуклид» (а также « радионуклид ») был предложен Трумэном Команом (Truman P. Kohman) в 1947 году . Автор термина обсудил его со специалистами по классической филологии (профессорами Гертрудой Смит и Бенедиктом Эйнарсоном), чтобы наиболее точно передать смысл, выражаемый этим словом, то есть сорт ядер (от латинского корня nucle- — «ядро» и др.-греч. είδος — «вид, сорт», с отбрасыванием лишних гласных на стыке для благозвучия). Определение Комана, данное в его статье, посвящённой новому термину : « Нуклид . Сорт атома, характеризующийся строением его ядра, в частности числом протонов и нейтронов в его ядре».

См. также

• Изотопы
• Таблица нуклидов ( Таблица изотопов )

Ссылки

Литература

• Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров . — М.: Большая российская энциклопедия . 1990—1992.

Примечания