Существует ли прямая связь между количеством нейтронов изотопа и радиоактивностью?

В моем учебнике перечислены изотопы углерода: С-12, С-13 и С-14. Отмечено, что C-14 является радиоактивным (C-12 и C-13 - нет).

Существует ли прямая зависимость между числом нейтронов и радиоактивностью элемента?

Другими словами, поскольку мы знаем, что C-14 радиоактивен, значит ли это, что мы также знаем, что C-15 (если такая вещь существует) также будет радиоактивной?

Полезная ссылка: интерактивная таблица изотопов с периодической таблицей элементов интерфейса . В нем вы найдете, что C-15 имеет период полураспада 2,4 секунды и распадается на β − среди прочего.
Если вы посмотрите на боковую панель «Связанные», вы найдете ряд других вопросов, которые касаются этого момента, хотя я не верю, что какой-либо из них касается именно этого. Полный ответ сложен.
Из любопытства, вы имели в виду количество нейтронов ? Потому что 12 С, 13 С и 14 C имеют разное количество нейтронов .
Спасибо, Уоррик, ты прав! Мозговой сбой с моей стороны - отредактирую и исправлю ОП.

Ответы (2)

Как говорит @dmckee, проблема сложная. Это сложно, потому что это не решение потенциала, описывающего одну силу, а баланс между электромагнитными силами и сильным взаимодействием, которое удерживает кварки внутри нуклонов. (В ядре сильное взаимодействие похоже на потенциал Ван-дер-Ваальса, взаимодействие более высокого порядка, вытекающее из КХД-динамики нуклонов). Кроме того, существует принцип исключения Ферми, поскольку и протоны, и нейтроны имеют спин 1/2.

Все они были аппроксимированы оболочечной моделью ядра , и вы могли бы потратить некоторое время на чтение ссылки.

Модель оболочки частично аналогична модели атомной оболочки, которая описывает расположение электронов в атоме, поскольку заполненная оболочка приводит к большей стабильности. При добавлении нуклонов (протонов или нейтронов) к ядру существуют определенные точки, в которых энергия связи следующего нуклона значительно меньше, чем последнего. Это наблюдение, что существуют определенные магические числа нуклонов: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, которые более тесно связаны, чем следующее большее число, является источником модели оболочки.

Обратите внимание, что оболочки существуют как для протонов, так и для нейтронов по отдельности, так что мы можем говорить о «магических ядрах», где один тип нуклона имеет магическое число, и о «двойных магических ядрах», где оба. Из-за некоторых вариаций в заполнении орбит верхние магические числа составляют 126 и предположительно 184 для нейтронов, но только 114 для протонов, играющих роль в поисках так называемого острова стабильности. Были найдены некоторые полумагические числа, в частности Z=40. 2 16 также может быть магическим числом. 3

Итак, существуют стабильные ядра, и различные модели хорошо их предсказывают. Существует полоса нестабильности для различных изотопов и остров стабильности для высоких Z.

Таким образом, ответ - нет, общего правила нет, кроме решений оболочечной модели, хотя добавление или вычитание нейтронов из стабильного изотопа предполагает высокую вероятность того, что он станет нестабильным, как показывает изучение таблицы нуклидов .

Большое спасибо за ваш быстрый и подробный ответ! Мне, как относительно новому (хотя и не молодому) студенту, кое-что пришло в голову. Я отмечаю это как ответ, и я уверен, что «врасту» в другие детали по мере продвижения в своих классах.
Не только E&M и сильное взаимодействие, но и слабое взаимодействие, которое минимизируется при равном количестве протонов и нейтронов.
@JerrySchirmer, у тебя есть ссылка на это? Слабое взаимодействие настолько слабее электромагнитного и сильного, что меня удивляет это утверждение. en.wikipedia.org/wiki/Основные_силы
Я могу попытаться поискать это, когда у меня будет больше времени, но я уверен, что слабое взаимодействие является движущей силой бета-распада, которая управляется Z − 1 или Z + 1 молекулы, имеющие меньшую массу, чем исходная Z ядро.
@JerrySchirmer Не спорьте с распадом, если энергия связи не оптимальна, конечно, это связано со слабым взаимодействием, но это вторая стадия. Я думаю, что причина, по которой энергия связи меньше, заключается в том, как отталкивание положительных масс уравновешивается притяжением сильного взаимодействия. Свободный нейтрон распадается, два нейтрона не имеют достаточно сильной энергии связи, чтобы остановить распад. В равной степени два протона не связываются. Сильная энергетика (раньше ее называли пионным обменом) допускает меньшую энергию связи в комбинации протон-нейтрон (детерий), как я это вижу.
@annav: и я рассматривал это как тот факт, что дейтерий и гелий-4 будут нейтральными по вкусу, а водород-1 и гелий-3 - нет. В конце концов, связь Ферми дает шкалу энергий порядка атомной физики.

Спасибо @dmckee и предложенной им ссылке: интерактивная таблица изотопов . Глядя на эту таблицу, мне кажется, что нет достоверной прямой зависимости между числом нейтронов и радиоактивностью. Используя кальций (Ca) в качестве примера (при условии, что я правильно читаю диаграмму):

  • Ca-40: стабильный
  • Ca-41: радиоактивный (с относительно большим периодом полураспада)
  • Ca-42: стабильный
  • Ca-43: стабильный
  • Ca-44: стабильный
  • Ca-45: радиоактивный (с относительно коротким периодом полураспада)
  • Ca-46: стабильный
  • Ca-47: радиоактивный (с относительно коротким периодом полураспада)
  • Ca-48: радиоактивный (с относительно большим периодом полураспада)
Хорошая находка. Я знал, что было несколько элементов, у которых была такая «перепутанная» ситуация, но я ждал, чтобы вспомнить, какие из них были, прежде чем отправиться на охоту.
Обратите внимание на относительную стабильность четно-нечетных пар...
Существует ли прямая связь между количеством нейтронов изотопа и радиоактивностью?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v