Что такое нуклид в химии определение
Нуклид
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. [1]
Содержание
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 ), и которое 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 (обладающие одинаковым числом протонов), называются изотопами, одинаковое массовое число — изобарами, одинаковое число нейтронов — изотонами. Применение термина изотоп в единственном числе вместо термина нуклид хотя и, строго говоря, неверно, однако широко распространено. Относительная атомная масса нуклида округлённо равна его массовому числу, только для углерода-12 она по определению точно равна 12.
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 двухнейтронном распаде), либо нуклид другого элемента (распады, изменяющие заряд ядра без вылета нуклонов, т. е. 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 (т. е. числом протонов), близким к одному из «магических чисел», количество известных нуклидов может доходить до нескольких десятков. Наибольшим количеством известных нуклидов — по 34 — обладают платина и осмий (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 3 стабильных нуклидов, числу нейтронов — от 0 до 7. Общее число всех известных нуклидов превышает 3100 (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).
История и этимология
НУКЛИД
НУКЛИД, совокупность атомов с определенными значениями заряда ядра Z (числом протонов в ядрах) и массового числа А (суммой чисел протонов Z и нейтронов N в ядрах). Для обозначения нуклида используют назв. элемента, к к-рому через дефис присоединяют значение А (напр., кислород-16, иод-131, уран-235), или символ хим. элемента, рядом с к-рым вверху слева указывают А ( 16 О, 131 I, 235 U). Масса атома нуклида, выраженная в атомных единицах массы (а. е. м.), округленно равна А (только у одного нуклида 12 С значение массы атома в а. е. м. целочисленно и в точности равно 12). Точные значения масс атомов отдельных нуклидов определяют экспериментально методом масс-спектрометрии. В принципе масса атома каждого нуклида равна сумме масс протонов и нейтронов, входящих в состав ядер, минус масса, отвечающая энергии связи протонов и нейтронов в ядре (т. наз. д е ф е к т м а с с ы), плюс масса электронов, образующих электронную оболочку атома, минус масса, отвечающая энергии связи электронов с ядром. Для нуклидов легких элементов массы атомов обычно несколько меньше массовых чисел (напр., масса 16 О 15,99491464 а. е. м.), для нуклидов тяжелых элементов массы атомов м. б. несколько больше массовых чисел (напр., масса 232 Th 232,038053805 а.е.м.).
Н уклиды подразделяют на стабильные и радиоактивные (радионуклиды). У каждого элемента с четным Z (до Z = 82) существует 2 или более стабильных нуклидов, встречающихся в природе, у элементов с нечетными Z м. б. 1 или самое большее 2 стабильных нуклида; у «нечетных» элементов Тс (Z = 43), Pm (Z = 61) и у всех «нечетных» элементов с Z >= 85 стабильных нуклидов нет, все нуклиды радиоактивны. Всего стабильных нуклидов ок. 270; из всех радионуклидов ок. 50 встречаются в природе, остальные радионуклиды (ок. 1700) получены искусственно. В настоящее время радионуклиды известны практически у всех элементов. Мн. стабильные и радиоактивные нуклиды используются как изотопные индикаторы (меченые атомы). В СССР промышленно производится ок. 140 радионуклидов и большое число препаратов, обогащенных определенными стабильными нуклидами.
Для систематики нуклидов предложены разл. графич. формы; наиб. распространение получила таблица нуклидов, разработанная учеными ФРГ и приведенная, в частности, в т. 3 «Физической энциклопедии» (издательство «Советская энциклопедия», М., 1991). Наиб. надежные результаты эксперим. определения характеристик радионуклидов приведены в издании: «Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения». Публикация 38-й Международной комиссии по радиац. защите (МКРЗ: В 2 ч., 4 кн., пер. с англ., М., 1987). Точные значения масс отдельных стабильных нуклидов и данные об их распространенности в природе содержатся в публикации ИЮПАК (см. «Pure and Appl. Chem.», 1984, v. 56, № 6, p. 695-768).
Распространенность нуклидов в земной коре зависит от мн. факторов, определяющих устойчивость ядер (энергии связи протонов и нейтронов в них), и от первонач. условий, при к-рых образовывались эти нуклиды. Наиб. распространен в земной коре 16 О, ядра к-рого содержат по 8 протонов и нейтронов и являются «дважды магическими». В прир. смеси изотопов кислорода на 16 О приходится 99,762 ат. %. Наим. распространенным из стабильных нуклидов является 3 Не (в прир. смеси изотопов гелия на долю 3 Не приходится 0,000138 ат. %). В космосе наиб. распространен 1 Н. Нек-рые нуклиды постоянно образуются в результате ядерных реакций и постепенно накапливаются в земной коре (гелий-3, изотопы свинца и др.). Содержание в земной коре прир. долгоживущих радионуклидов ( 40 К, 87 Rb, 235 U и др.) постепенно уменьшается вследствие радиоактивного распада. Существуют и такие прир. радионуклиды, убыль к-рых за счет радиоактивного распада постоянно компенсируется их образованием в результате радиоактивного распада др. радионуклидов, и поэтому их содержание в земной коре практически не меняется. Так, общее содержание At в земной коре (из прир. радионуклидов At наиб. устойчив a-радиоактивный 210 At, период полураспада к-рого Т 1/2 8,1 ч), несмотря на его быстрый распад, остается практически постоянным и равным 70 мг (в толще земной коры на глубине до 1,6 км), так как At постоянно образуется как член радиоактивных рядов урана-238 и урана-235 (см. Радиоактивные ряды).
Нуклиды
Нукли́д (лат. nucleus — «ядро») — вид атомов, характеризующийся определёнными массовым числом, атомным номером и энергетическим состоянием их ядер, и имеющий время жизни, достаточное для наблюдения. Официальное рекомендуемое определение термина по IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 2nd Edition, 1997 (Краткий справочник терминов ИЮПАК, 2-е издание): A species of atom, characterized by its mass number, atomic number and nuclear energy state, provided that the mean life in that state is long enough to be observable.
Содержание
Общее описание
Из определения нуклида следует, что это совокупность одинаковых атомов с определённым числом протонов (Z) и нейтронов (N), с ядром, находящимся в определённом энергетическом состоянии (основном состоянии или одном из изомерных состояний). Сумма A = Z + N представляет собой массовое число, а число протонов Z — атомный номер. Для обозначения нуклида элемента (E) используют запись вида: 
, причём индексы Z и N могут опускаться. Распространённым является обозначение E-A (например, углерод-12, уран-238). Для нуклидов, представляющих собой метастабильные возбуждённые состояния (изомеры), используют букву m в верхнем правом индексе, например 180m Ta. Если существует более одного возбуждённого изомерного состояния с данными A и Z, то для них (в порядке возрастания энергии) используют индексы m1, m2 и т. д. либо последовательность букв m, n, p, q,… Некоторые нуклиды имеют традиционные собственные названия (см. список таких названий).
Нуклиды, имеющие одинаковый атомный номер (обладающие одинаковым числом протонов) называются изотопами. Применение термина изотоп в единственном числе вместо термина нуклид хотя и, строго говоря, неверно, однако широко распространено. Относительная атомная масса нуклида округлённо равна его массовому числу, только для углерода-12 она по определению точно равна 12.
Классификация
Нуклиды делятся на стабильные и радиоактивные (радионуклиды). 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 двухнейтронном распаде), либо нуклид другого элемента (распады, изменяющие заряд ядра без вылета нуклонов, т. е. 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; такие нуклиды имеют период полураспада, превышающий 5·10 8 лет. Для каждого элемента были искусственно получены радионуклиды; для элементов с номером (т. е. числом протонов), близким к одному из «магических чисел», количество известных нуклидов может доходить до нескольких десятков. Наибольшим количеством известных нуклидов — по 34 — обладают платина и осмий (без учёта изомерных состояний). Некоторые элементы имеют лишь один стабильный нуклид (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). Общее число известных нуклидов всех элементов превышает 3100 (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).
НУКЛИД
совокупность атомов с определенными значениями заряда ядра Z(числом протонов в ядрах) и массового числа А(суммой чисел протонов Zи нейтронов N в ядрах). Для обозначения Н. используют назв. элемента, к к-рому через дефис присоединяют значение А(напр., кислород-16, иод-131, уран-235), или символ хим. элемента, рядом с к-рым вверху слева указывают А ( 16 О, 131 I, 235 U). Масса атома Н., выраженная в атомных единицах массы (а. е. м.), округленно равна А(только у одного Н. 12 С значение массы атома в а. е. м. целочисленно и в точности равно 12). Точные значения масс атомов отдельных Н. определяют экспериментально методом масс-спектрометрии. В принципе масса атома каждого Н. равна сумме масс протонов и нейтронов, входящих в состав ядер, минус масса, отвечающая энергии связи протонов и нейтронов в ядре (т. наз. д е ф е к т м а с с ы), плюс масса электронов, образующих электронную оболочку атома, минус масса, отвечающая энергии связи электронов с ядром. Для Н. легких элементов массы атомов обычно несколько меньше массовых чисел (напр., масса 16 О 15,99491464 а. е. м.), для Н. тяжелых элементов массы атомов м. б. несколько больше массовых чисел (напр., масса 232 Th 232,038053805 а. е. м.).
Н. подразделяют на стабильные и радиоактивные (радионуклиды). У каждого элемента с четным Z (до Z = 82) существует 2 или более стабильных Н., встречающихся в природе, у элементов с нечетными Z м. б. 1 или самое большее 2 стабильных нуклида; у «нечетных» элементов Тс (Z = 43), Pm (Z = 61) и у всех «нечетных» элементов с Z >= 85 стабильных Н. нет, все Н. радиоактивны. Всего стабильных Н. ок. 270; из всех радионуклидов ок. 50 встречаются в природе, остальные радионуклиды (ок. 1700) получены искусственно. В настоящее время радионуклиды известны практически у всех элементов. Мн. стабильные и радиоактивные Н. используются как изотопные индикаторы (меченые атомы). В СССР промышленно производится ок. 140 радионуклидов и большое число препаратов, обогащенных определенными стабильными Н.
Для систематики Н. предложены разл. графич. формы; наиб. распространение получила таблица нуклидов, разработанная учеными ФРГ и приведенная, в частности, в т. 3 «Физической энциклопедии» (издательство «Советская энциклопедия», М., 1991). Наиб. надежные результаты эксперим. определения характеристик радионуклидов приведены в издании: «Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения». Публикация 38-й Международной комиссии по радиац. защите (МКРЗ: В 2 ч., 4 кн., пер. с англ., М., 1987). Точные значения масс отдельных стабильных Н. и данные об их распространенности в природе содержатся в публикации ИЮПАК (см. «Pure and Appl. Chem.», 1984, v. 56, № 6, p. 695-768).
Н. одного элемента наз. изотопами; Н. разл. элементов с одинаковыми значениями А-и з о б а р а м и. Возможно существование двух и даже трех стабильных изобаров (напр., 96 Zr, 96 Mo и 96 Ru). Из-за различий в энергиях связи протонов и нейтронов в ядрах точные значения масс отдельных изобаров различаются между собой. Н. разл. элементов с одинаковым значением Nназ. и з о т о н а м и (напр., 95 Мо, 96 Тс, 97 Ru).
Распространенность Н. в земной коре зависит от мн. факторов, определяющих устойчивость ядер (энергии связи протонов и нейтронов в них), и от первонач. условий, при к-рых образовывались эти Н. Наиб. распространен в земной коре 16 О, ядра к-рого содержат по 8 протонов и нейтронов и являются «дважды магическими». В прир. смеси изотопов кислорода на 16 О приходится 99,762 ат. %. Наим. распространенным из стабильных Н. является 3 Не (в прир. смеси изотопов гелия на долю 3 Не приходится 0,000138 ат. %). В космосе наиб. распространен 1 Н. Нек-рые Н. постоянно образуются в результате ядерных реакций и постепенно накапливаются в земной коре (гелий-3, изотопы свинца и др.). Содержание в земной коре прир. долгоживущих радионуклидов ( 40 К, 87 Rb, 235 U и др.) постепенно уменьшается вследствие радиоактивного распада. Существуют и такие прир. радионуклиды, убыль к-рых за счет радиоактивного распада постоянно компенсируется их образованием в результате радиоактивного распада др. радионуклидов, и поэтому их содержание в земной коре практически не меняется. Так, общее содержание At в земной коре (из прир. радионуклидов At наиб. устойчив a-радиоактивный 210 At, период полураспада к-рого Т 1/2 8,1 ч), несмотря на его быстрый распад, остается практически постоянным и равным 70 мг (в толще земной коры на глубине до 1,6 км), так как At постоянно образуется как член радиоактивных рядов урана-238 и урана-235 (см. Радиоактивные ряды).
Нуклид
Слово нуклид было придумано Трумэном П. Кохманом в 1947 году. [2] [3] Кохман определил нуклид как «разновидность атома, характеризующаяся строением его ядра», содержащего определенное количество нейтронов и протонов. Таким образом, термин первоначально был сосредоточен на ядре.
Хотя слова «нуклид» и «изотоп» часто используются как синонимы, быть изотопами на самом деле является лишь одной связью между нуклидами. В следующей таблице перечислены некоторые другие отношения.
Нуклид и продукт его альфа-распада являются изодиаферами. [4]
но с разными энергетическими состояниями
См. Раздел « Обозначение изотопов» для объяснения обозначений, используемых для различных типов нуклидов или изотопов.
Самым долгоживущим ядерным изомером в неосновном состоянии является нуклид тантал-180m ( 180м 73Та ), период полураспада которого превышает 1000 триллионов лет. Этот нуклид существует изначально и никогда не наблюдался распада до основного состояния. (Напротив, нуклид тантал-180 в основном состоянии не встречается изначально, поскольку он распадается с периодом полураспада всего 8 часов до 180 Hf (86%) или 180 Вт (14%)).
Пример нуклидов, образованных в результате ядерных реакций, космогенных. 14
C
( радиоуглерод ), который образуется при бомбардировке космическими лучами других элементов, и нуклеогенный 239
Пу
который до сих пор создается нейтронной бомбардировкой естественного 238
U
в результате естественного деления урановых руд. Космогенные нуклиды могут быть стабильными или радиоактивными. Если они стабильны, их существование должно быть выведено на фоне стабильных нуклидов, поскольку каждый известный стабильный нуклид присутствует на Земле изначально.
Помимо 339 естественных нуклидов, более 3000 радионуклидов с различным периодом полураспада были искусственно произведены и охарактеризованы.
