Может ли материал, сделанный из более тяжелого изотопа элемента, стать тверже или прочнее?

Мне было интересно, проводились ли какие-либо эксперименты для измерения изменения твердости или прочности материала, состоящего исключительно из более тяжелого изотопа элемента, входящего в состав материала. Или если прочность или твердость увеличивается с увеличением доли более тяжелых изотопов атомов определенного элемента в материале.

Подойдет ли «Тест на твердость по Бринелю» для вашего вопроса? И вы смотрите на какой-то конкретный элемент: углерод, олово… или вообще.
Известно, что изотопно-чистый алмаз С-12 имеет на 50% большую теплопроводность, чем обычный алмаз. Однако это рассеяние фононов в действии. Я не могу найти какие-либо измерения твердости, но особо не искал (каламбур).
Я думаю, что добавление нейтрона к ядру не повлияет на твердость.
Мне было интересно, может ли это быть верно для любого материала вообще. Я верю, что нейтроны имеют сродство к протонам и должны быть тем, что удерживает их вместе. Я предполагаю, что у нейтронов остались небольшие силы притяжения, которые могут слегка притягивать к себе соседние атомы, делая материал немного более плотным, что может означать, что он тверже. Мой реальный вопрос заключается в том, есть ли какие-то силы притяжения от нейтронов, оставшихся от ядра, в котором они находятся.
Изотопно чистые алмазы состоят только из С 12 были протестированы и оказались даже более твердыми, чем обычные алмазы. Это может быть потому, что С 13 атомы в обычных алмазах действуют как примеси для некоторых свойств решетки (что вполне может снизить твердость). Бьюсь об заклад, что то же самое было бы найдено, если бы изотопно чистый С 13 алмазы могут быть проверены.

Ответы (3)

Ядерная сила представляет собой контактную силу с кривой потенциальной энергии

В ∝ е − р / р 0 р .
Параметр диапазона р 0 составляет примерно один фемтометр. Ядра в твердом теле обычно 10 5 ф м друг от друга, поэтому ядерное взаимодействие между ядрами разных атомов поразительно подавлено.

Если представить себе твердое тело как решетку атомов, соединенных пружинами с постоянной Гука к , собственные частоты этих осцилляторов,

ю 0 знак равно к / м ,
будет различным для кристаллов разных изотопов. Например, разница в массе между углеродом-12 и углеродом-13 составляет около 8%, поэтому по сравнению с алмазом C-12 алмаз C-13 будет иметь резонансную частоту примерно на 4% меньше. Я наивно ожидаю, что это, вероятно, изменит теплоемкость и, возможно, изменит теплопроводность, но я мало знаю о твердости или других механических свойствах.

Есть один небольшой эффект, который еще не был описан в других ответах. Когда мы решаем уравнение Шредингера для электронных орбиталей, мы используем так называемую приведенную массу.

мю знак равно м е м н / ( м е + м н )
поэтому решения для орбиталей будут немного отличаться для случая, когда к ядру добавляются дополнительные нейтроны. Масса электрона настолько меньше массы ядра, что это действительно незначительный эффект, и, вероятно, он не будет экспериментально наблюдаться для свойств, которые вы рассматриваете.

В вашем последнем предложении может быть немного больше пояснений; Я думаю, вы имеете в виду, что гравитационный эффект намного слабее, чем электростатическое притяжение (и поэтому изменение массы ядра на скромную величину имеет лишь незначительный общий эффект), но это имеет мало общего с массой электрона.
@NathanTuggy Нет, я имею в виду не гравитационный эффект, а влияние на волновую функцию электрона из-за немного другой уменьшенной массы.

Основываясь на моем опыте в области химии и спросив нескольких моих друзей из керамической инженерии, я ответил: «Нет». Мы пришли к общему мнению, что ядро ​​не придает никаких физических свойств твердости или прочности, но «электронное облако» и его взаимодействия. На электроны никаким образом не влияют различные изотопы.

Может ли материал, сделанный из более тяжелого изотопа элемента, стать тверже или прочнее?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v