CC BY
36
П.Л. Носик, Московский государственный горный университет
Дифференциальный периодический закон химических элементов - научная база для изучения геовещества Земли
сследования направлены на установление закономерностей перераспределения ядер химических элементов, протонов, нейтронов и электронов от ядерных до химических реакций в эволюционирующем глубинном веществе от нулевого химизма Ка-пустинского в центре Земли до Менделеевского перераспределения валентных электронов на поверхности Земли с целью установления дифференциального периодического закона химических элементов для изучения геовещества Земли.
Геовещество Земли образуется непрерывно от ядерных до химических реакций в ходе развала глубинного вещества на составные и обычные ядра, захвата ими свободных электронов, подсоединения и перераспределения валентных электронов. Для изучения таких условий образования геовещества Земли Вернадский, а затем и его ученик Ферсман использовали Менделеевские закономерности перераспределения электронов между химическими элементами при обычных условиях.
Так как геовещество образуется не только в Менделеевских химических реакциях и не только при обычных условиях, а на всем пути эволюции химических элементов, т.е. от развала глубинного вещества на составные ядра до подсоединения и перераспределения валентных электронов, то науки о Земле, основанные на Менделеевском перераспределении валентных электронов, не пригодны для установления условий образования геовещества. Для изучения геовещества Земли нужен не простой Менделеевский закон перераспределения валентных электронов при обычных условиях, а дифференциальный, основанный на поведении оголен-
ных ядер химических элементов в ходе захвата ими свободных электронов, а также подсоединения и перераспределения валентных электронов от глубинных до обычных условий.
Возможность образования химических соединений (составных ядер) на уровне ядерных сил и сильной электронной связи была обнаружена нами в природных объектах при изучении гидротермальных (олововольфрамовых месторождений) [1] и магматических (медно-никелевых интрузий) [2] образований.
Цель настоящей работы - экспериментальное установление возможности образования соединений химических элементов с плавным изменением энергии связи между ними от огромных ядерных через общую электронную до слабых валентных (химических) энергий связи. В качестве экспериментальных данных в работе использованы дефекты масс химических элементов и их изотопов ДM = M ^ [3], где А = N+Z -массовое число, равное общей массе нейтронов (№) и протонов
(2), М - реальная масса частицы (атома).
Обоснование ядерных реакций, приводящих к образованию химических элементов и изотопов.
Исходя из экспериментальных данных [3], химические элементы и их изотопы отличаются друг от друга числом протонов, нейтронов и электронов, а также дефектом масс. Причем, с увеличением числа протонов (пр) в атомах химических элементов темп роста количества нейтронов сначала высокий (максимум достигается в области средних масс химических элементов), а затем снижается (табл. 1).
Действительно, из данных табл.1 видно, что с увеличением числа протонов от водорода (1 протон) до Фермия (100 протонов):
минимальное количество нейтронов (ппт1п) сначала резко увеличивается, а затем после 75mRe с 75 протонами рост количества нейтронов замедляется; максимальное число нейтронов (пптах) быстро растет до 79тАи, а затем рост числа нейтронов замедлен; число нейтронов в распространенных стабильных изотопах тоже сначала резко растет, а с 75mRe рост замедляется; Дпп nnmax-nnmin сначала
резко увеличивается (максимум достигается в области ^^п), а затем уменьшается; число стабильных изотопов тоже сначала увеличивается (максимум в области 50^п), а затем уменьшается.
Доля нейтронов в атомах химических элементов (пп/п^ тоже изменяется весьма своеобразно: для стабильных изотопов (п^п^)^
практически не изменяется, за исключением отношений в области 1^ и 2,пНе.
Такое изменение отношения числа нейтронов и протонов в химических элементах заставляет думать, что именно наибольшее увеличение доли нейтронов в химических элементах со средней массой обусловливает облегчение дефекта от легких и тяжелых к средним массам химических элементов (табл. 2).
Из данных таблицы 2 видно, что дефекты масс уменьшаются от 12Н (+7289) и 100Те (+70020 : +85585) к 5о12<^п (-91101).
Однако, если подвергнуть аналогичному анализу дефекты масс изотопов химических элементов, то окажется, что и с увеличением числа нейтронов дефекты масс также сначала уменьшаются, а затем снова увеличиваются (табл.3).
Из результатов табл. 3 видно, что максимум дефекта масс изотопов ассоциирует со стабильными изотопами.
Таблица 1.
Протоны, нейтроны и электроны атомов химических элементов
Химич элемент Число протонов (пр) Число нейтронов (пр) Дпп = тах Число стабильных изотопов пп/пр
стаб. шш тах стаб. шш тах
1тН 1 0 0 4 4 2 0 0 4
2тНе 2 2 1 6 5 2 1 0,5 3
8тО 8 8 4 15 11 3 1 0,5 1,88
то 16 О 16 16 12 25 13 4 1 0,75 1,56
32^е 32 42 31 50 19 5 1,31 0,97 1,56
о 3 СЛ п 50 70 54 82 28 10 1,40 1,08 1,64
75^е 75 52 92 116 24 2 1,493 1,23 1,55
793Аи 79 118 96 125 29 1 1,493 1,22 1,58
80mHg 80 122 97 126 29 7 1,525 1,21 1,56
823РЬ 82 126 103 132 29 3 1,537 1,26 1,61
923и 92 146 134 148 24 3 1,587 1,46 1,61
lооmFm 100 - 145 157 12 0 - 1,45 1,57
Таблица 2.
Дефекты масс распространенных стабильных изотопов химических элементов, взятых из табл. 39.1 [3]
Химич. элемент 12Н 24Не 8160 6 327^е Й СЛ 20 о 75^е
DM, кэВ +7289 +2424 -4735 -26015 -73422 -91101 -41205
Продолжение табл. 2
79197Аи 202тг„ 80 Н 82208РЬ 238т т 92 и 245^ . 257^ х 100 гт . 100 гт
-31150 -27356 -21759 +48307 +70020 . +85585
х Нестабильные изотопы в фермии.
Кроме того, темп изменения дефекта масс до минимума приблизительно равен темпу роста после минимума.
Следовательно, изменение дефектов масс химических элементов и их изотопов связано не только с подсоединением к ядрам нейтрона, но и протона, масса ко-
торого (тр= 1,00727647) меньше массы нейтрона (тп=1,00866490), а также электронов. Специфическое подсоединение протонов, нейтронов и электронов может происходить в реакциях тА = ( ,тА )
П Л \П+1 ^ядро/9 птА = (пт-1Аядро + П),
ПтА = (п-1т-1Аядро + р) + е,
ПтА = (пт-1Аядро + р + е) ,
в которых ядра связаны между собой слабой связью и сильной электронной (связь осуществляется всеми электронами).
Исходя из этих реакций и будут вычисляться энергии связи составных ядер.
Статья 1
Энергия связи в составных ядрах химических элементов первых двух периодов таблицы Менделеева
Химические элементы первого и второго периодов характеризуются самой низкой энергией связи электронов с ядрами, что превращает их в «строительные кирпичики» (оголенные элементарные ядра) для образования составных более тяжелых ядер химических элементов. Однако, несмотря на то, что элементы первых трех групп являются «строительными кирпичиками» при образовании составных ядер тяжелых элементов, одинаковые знаки и характе-
ры изменения дефектов масс для изотопов легких элементов (1тН) и тяжелых (100^т) вынуждают нас задуматься о механизмах образования изотопов столь различных химических элементов. В работе по дефектам масс изотопов, образованным в ходе протекания реакций ПтА=П+1тА, птА= пт-1А+п, птА= пт-1А+р+е, птА= п-1т-1А+р+е, будут определены: границы изменения энергий со ставных ядер; реакции образования составных ядер с энергией
связи близкой к нулю; излучаемые частицы при развале составных ядер с энергией связи, близкой к нулю, и сопоставлены они с частицами, наблюдаемыми в экспериментах [3].
Составные ядра химических элементов первого периода.
Водород в экспериментах представляется 5 изотопами, которые образуются в реакциях р+е, 1тН+п; 2тНе, п+р+е и характеризуются
различными энергиями связи
(табл. 4).
Энергия связи составных ядер изотопов водорода (Дт = К 104 а.е.м).
Таблица 4
Изотопы реакция 11Н 12Н 13Н 14Н 15Н
р+е 0,0 - - - -
1тН+п - 23,8 67,2 -31,2 2,2
2тНе - - -0,2 -252,2 -24,04
п+р+е - 23,8 - - -
Из данных табл. 4 видно, что энергия составных ядер находится в интервале от +67,2 до -252,2 а.е.м., а это означает, что возможны в природе как самопроизвольный, так и вынужденный развал составных ядер изотопов водорода.
Исходя из максимальной погрешности (+ 800 кЭв или + 0,001 а.е.м.), на изотопы водорода могут
накладываться составные ядра, образованные не только в процессе е-захвата (2тНе —> 1тН), но и при подсоединении к атомам водорода нейтронов. Составные ядра водорода, образованные при е-захвате, нестабильны, так как их энергии связи отрицательны и они разваливаются с испусканием электронов (е-) и превращением
13Н в 23Не, что и фиксируется в экспериментах [3].
Гелий в экспериментах проявляется шестью изотопами, которые образуются в реакциях 3^^ 2т 1Не+п, 2т 1Не+р+е, 1т 1Н+р+е и характеризуются энергиями от -0,012027 до + 0,025221 а.е.м. (табл.5).
Энергия связи составных ядер изотопов гелия (Дт = К 104 а.е.м.)
Таблица 5.
Изотопы реакция 23Не 24Не 25Не 26Не 27Не 28Не
3тП - 249,75 3,11 -37,68 -120,27 -114,56
2т-‘Не+П - 220,92 -9,59 20,01 -4,75 27,63
2т-1Не+р+е - 212,71 -18,00 11,62 -13,15 19,23
1т 1Н+р+е 58,97 212,71 234,23 252,21 - -
Видно, что изотопы гелия могут образовываться не только в процессе е-захвата (3”и ->2тНе), но и при подсоединении к атомам 2тНе нейтронов. Ядра гелия, образованные при е-за-хвате, нестабильны, и они разваливаются с испусканием электронов (е-) и превращением 2тНе в 3ти, что и зафиксировано в экспериментах [3] для 26Не и 28Не с положительной энергией связи их с нейтронами. Тип распада с отрицательными значениями энергии связи нейтрона и
гелия в экспериментах не фиксировался.
Таким образом, изотопы водорода и гелия, фиксируемые в экспериментах, образуются в процессе е-захвата и разваливаются в ходе р-распада, которые энергетически возможны в пределах ядра, так как недостающая энергия восполняется ядром [4].
Составные ядра химических элементов второго периода.
Второй период представлен восьмью химическими элемен-
тами 3^, тВе,5тВ, бтС, 7т^ 8тО, 9mF, lomNe.
В литии экспериментально зафиксировано 8 изотопов, которые образуются в реакциях 4тВе, 3т-^+п, зm-1Li+p+e,
2т1Не+р+е и характеризуются энергиями связи от -9,023783 до +0,023104 а.е.м. (табл.6).
Таблица 6
Энергия связи составных ядер изотопов лития (Дт = К 104 а.е.м)
Изотопы реакция 34 Li 35^ 36^ 37^ 38^ 39^ 310^ 3П1л
43Ве - - 46,03 9,25 -171,82 -146,07 -227,83 -22,91
3т-^+п - 231,04 60,81 77,83 21,82 43,62 -8,63 10,32
3п 1Li+p+e - 222,64 52,41 69,43 13,42 35,22 -17,0 21,9
2т-1Не+р+е -31,24 -21,11 49,30 107,12 133,70 149,68 - -
Изотопы лития могут образовываться не только в процессе е-захвата (4тВе ->3^^, но и при подсоединении протонов. (2т-1Не+
+ р +е) и нейтронов (3т-^ + п).
Ядра лития, образованные при этих процессах, нестабильны и разваливаются с испусканием
электронов и превращением 3mLi в птВе, что и зафиксировано в экспериментах [3] для 3^, 139Li и 311Li, для которых энергия связи
3т-^і с нейтронами, так же как и для гелия, положительна.
Здесь обращает на себя внимание также тот факт, что изотопы с массой меньше массы стабильных изотопов (3^і,3^і) образуются в ходе подсоединения протонов к
изотопам гелия (2т1Не+р+е), а изотопы с большей массой - в ходе е-захвата изотопами бериллия (4тВе -> 3^^ и захвата нейтронов (эт-^+п).
В бериллии экспериментально зафиксировано 9 изотопов, кото-
рые образуются в ходе протекания реакций 5тВ, 4т-1Ве+п, 4т1Ве+р+е, 3т-^+р+е и характеризуются энергиями связи от -0,0185 до +0,024905 а.е.м. (табл.7).
Таблица 7.
К 104 а.е.м.).
Энергия связи составных ядер изотопов бериллия (Дт =
Изотопы реакция 46 Ве Ве Г> 4 48Ве 49Ве 410Ве 411Ве 412Ве 413Ве 414Ве
5тВ - 152,12 193,02 11,47 -5,97 -123,54 -135,18 -96,87 -185,86
4т-1Ве+П - 114,65 202,90 17,88 74,12 5,40 34,54 -19,21 21,49
4т-1Ве+р+е - 28,25 193,50 9,48 64,73 -3,00 26,14 -13,62 13,09
Зт ^і+р+е 6,37 60,18 181,30 169,83 210,81 224,83 249,05 - -
Изотопы бериллия могут образоваться как в процессе е-за-хвата (5т В->4тВе), так и в процессе подсоединения протонов и нейтронов. Ядра бериллия, образованные при этих процессах, нестабильны и разваливаются с испусканием электронов и превра-
щением 4тВе в 5тВ, что и было зафиксировано в экспериментах
[3] , для 410 Ве, 411Ве, 412Ве, для которых энергия связи с нейтронами, так же как и для 3“и, положительна. В экспериментах в боре обнаружено одиннадцать изотопов, которые образуются в
реакциях 4т-1Ве+р+е, 6тС,
5т-1В+п, 5т-1В+р+е и характеризуются энергиями связи от ■ 0,026094 до + 0,019953 а.е.м. (табл.8).
Таблица 8.
Энергии связи составных ядер изотопов бора (Дт = К 104а.е.м.)
Изотопы реакция 57 В 58В 59В 510В 5ПВ 512В 513В 514В 515В 516В 517В
4т-1Ве+р+е -45,9 15,4 11,89 70,7 120,6 151,3 169,2 198,9 207,1 - -
т,^ 6 с - 130,6 187,1 39,2 21,3 -143,5 -144,3 -221,6 -49,8 -260,9 -259,29
5т4В+П - 162,0 199,1 90,6 122,4 36,2 52,4 10,5 23,6 -4,3 8,60
5т 1В+р+е - 153,6 191,0 82,2 114,0 27,8 57,9 2,1 -28,6 31,1 0,59
Изотопы бора с массой больше массы стабильных изотопов (510В, 511В) могут образовываться не только в процессе е-захвата (6тС->5тВ), но и при подсоединении протонов и нейтронов. Ядра бора, образованные в реакции е-захвата, нестабильны и при развале испускают электроны превращаясь в 6тС, что и фиксиру-
ется в экспериментах [3] для 5 В, 513В, 514В, для которых энергия связи 5тВ с нейтронами, так же как и для Ве, положительна.
Изотопы с массой меньше массы стабильных изотопов (57В, 58В, 59В) образуются в ходе подсоединения протонов к изотопам Ве (4т-1Ве+р+е).
Для углерода экспериментально фиксируется 12 изотопов, которые образуются в реакциях 5т-1В+р+е, бт-1С+п, 7mN , 6т-1С+р+е и характеризуются
энергиями связи от - 0,020215 до + 0,0312607 а.е.м. (табл..9)
Таблица 9
Энергия связи составных ядер углерода. (Дт = К 10 а.е.м.)
Изотопы реакции 8р 6 С 69С 10,0 6 С 11р 6 С 12р 6 С 13р 6 С 14,0 6 С 15р 6 С 16о 6 С 17р 6 С 18о 6 С 19о 6 С
5т 1В+р+е 23,0 13,9 43,0 93,3 171,2 188,2 223,6 226,3 248,3 260,1 291,9 -
6т-‘С+п - 152,9 228, 5 140, 9 201,0 53,1 87,8 13,17 44,6 7,6 40,3 -10,6
7^ - - 255, 5 40 5 15 186,1 23,7 73,5 -104,8 -86,1 -141,6 129,9 -202,2
6т 1С+р+е - 144,9 220, 1 3 15 192,6 44,7 79,4 4,8 37,2 -0,8 31,9 -19,3
Согласно данным табл. 9 составные ядра тяжелее стабиль-
ных изотопов могут образовываться как в реакциях е-за-
хвата, так и при подсоединении протонов и нейтронов.
Составные ядра, образованные в ходе е-захвата, - нестабильны. Их развал сопровождается испусканием электрона, что и фиксировалось в экспериментах для 614С, 615С, 616С.
Составные ядра легче стабильных изотопов образуются в ходе подсоединения протонов и при развале испускают протоны
и поглощают электроны. В экспериментах для 69С обнаруживается испускание протона, а для 610С, 611С - поглощение электрона.
Для углерода так же, как и для изотопов В, Ве и Li р- излучение фиксируется для положительных энергий связи в изото-
пах, образованных в ходе реакции 6тС +п.
Азот в экспериментах проявляет 12 изотопов, которые образуются в реакциях,
6т-1С+р+е, 7m-1N+n, 7т-^+р+е, 8тО и характеризуются энергиями связи от -0,02022 до +0,023994 а.е.м. (табл.10).
Таблица 10
Энергия связи составных ядер изотопов азота (Дт = К 10 а.е.м.)
изотопы реакции 710N 711N 7^ 7^ 7^ 7^ 716N 7^ 718N 7^ 72^ 72^
бт 'С+р+е -35,4 -24,0 6,5 20,9 5,9 109,6 123,2 140,7 221,8 183,1 217,6 -
7т-‘№п, - 239,9 171,4 215,4 38,1 191,4 26,8 63,2 28,7 61,7 15,8 35,6
7т ^Ы+р+е - 231,5 163,0 207,0 29,8 183,1 18,4 54,8 20,0 53,8 7,4 27,3
8тО - - 158,2 190,6 -19,9 29,6 -111,8 -93,2 -151,0 -131,7 -197,5 -202,2
Из таблицы 10 видно, что изотопы азота тяжелее стабильных образуются при подсоединении нейтронов и е-захвате. Ядра, образованные при е-захвате характеризуются отрицательной энергией связи и не стабильны. Разваливаясь, они испускают электроны, что и зафиксировано в экспериментах для 716^ 717^ 718^ Опять же В--
излучение зафиксировано при положительных энергиях связи составных ядер, образованных при захвате нейтронов. Ядра изотопов легче, чем ядра стабильных элементов, образованы при захвате протонов, а их развал сопровождается В+- излучением, которое фиксируется в экспериментах для 712^ 713N с положительными
энергиями связи, но близкими к нулю.
Для кислорода в экспериментах фиксируется 12 изотопов, образованных в реакциях 7т-^+р+е, 8т-10+п, 8т-10+р+е, 9mF, и они характеризуются энергией связи от - 0,025670 до +0,027484 а.е.м. (табл.11).
Таблица 11
= К 104 а.е.м.).
Энергии связи составных ядер изотопов кислорода (Дт
Изотопы реакции 8120 8130 8140 8150 8160 8170 8180 8190 8200 8210 8220 8230
7т ^+р+е 4,8 16.4 49,7 184,1 130,2 147,9 171,2 185,0 204,9 229,4 265,7 -
8т‘‘0+П, - 182,9 248,7 142,0 168,2 44,5 86,4 42,5 81,6 40,3 72,0 -4,1
9mF - - 274,8 158,7 165,6 29,6 17,8 -51,7 -41,0 87,7 -71,54 -156,7
8т-‘0+р+е - 174,5 240,3 133,6 159,8 36,1 77,9 34,1 73,2 31,9 63,5 -12,6
Изотопы кислорода в табл. 11 с массой тяжелее стабильных изотопов могут образовываться при подсоединении нейтронов и е-захвате. Отрицательная энергия связи между ядрами, образованными при е-захвате, является причиной их развала и В- излучения в экспериментах для 819О, 820О. Для
более легких изотопов составные ядра образуются за счет подсоединения протонов, в которых энергия связи близка к нулю, за исключением 818О. Развал таких ядер сопровождается В+- излучением, что и фиксируется в экспериментах для 813О и 814О.
Фтор в экспериментах проявляет 12 изотопов, которые образуются в реакциях 8т-10+р+е, 9m-1F+n, 9m-1F+p+e, 10^е и характеризуются разбросом энергии от -
0,17100 до + 0,02578 а.е.м.
(табл.12).
Таблица 12
Энергия связи составных ядер фтора (Дт = К 104 а.е.м.)
Изотопы реакции 14-с 9 г 15-с 9 г 16-с 9 Г 17с 9 Г 18-р 9 Г 19с 9 Г 20-р 9 Г 21с 9 Г 22-р 9 Г 23с 9 Г 24с 9 Г 25-р 9 Г
8т-‘0+р+е -34,5 -25,4 -5,9 6,5 18,0 95,8 114,2 119,6 135,1 144,2 178,1 -
9m■1F+n - 257,8 161,5 180,5 98,2 111,2 70,9 86,9 55,8 81,0 29,8 41,7
9m■1F+p+e - 249,5 153,1 172,1 89,8 103,5 62,6 78,6 47,4 72,6 21.4 33,8
е т 0 - - 135,9 156,0 47,7 34,8 -75,4 -61,1 55,8 -91,3 -156,7 -171,0
Несложно заметить, что нестабильные ядра тяжелее стабильных
и образуются в процессе подсоединения нейтронов и е- захвата .
Ядра, образованные при е-захвате, нестабильны и разваливаются с
излучением В-, что и фиксируется в экспериментах для 92^, 92^,92^, 92^. Составные ядра легче стабильных изотопов образуются при захвате протонов, при развале которых поглощаются электроны.
Такое поглощение (В+ излучение) фиксируется экспериментально для 918F, 9^.
Неон в экспериментах проявляет 12 изотопов, которые образуются в реакциях9m-1F+p+e,
10m-1Ne+n, 10т-^е+р+е, 11mNa и
характеризуются разбросом энергии от -0,013200 до +0,021813 а.е.м. (табл.13).
Таблица 13
Энергия связи составных ядер неона (Дт =К 104 а.е.м.)
Изотопы реакции 10^е 10^е Ле ю^е м10Ке ю11^ ю12^ ю^е ю14^ ю15^ м^е ю17^
9т4Г+р+е 17,8 16,1 42,1 43,5 137,9 149,6 164,9 169,6 178,0 194,2 218,1 -
кТ^е+П - 160,5 206,5 124,9 181,1 72,6 111,3 55,8 95,0 46,0 65,7 13,0
10т ^е+р+е - 152,1 198,1 116,6 172,7 64,2 102,9 47,4 86,7 37,6 57,2 4,0
11т№ - - 214,7 120,1 149,1 38,1 30,5 -47,0 -26,5 -77,4 -71,9 -132,0
Из энергий связи можно сделать вывод о том, что составные ядра тяжелее стабильных изотопов (102^е, 102^е, 1022Ne) и образуются при подсоединении нейтронов и е-захвате. Составные ядра, образованные при е-захвате, характеризуются отрицательной энергией связи и самопроизвольным развалом с испусканием В-излучения, что зафиксировано экспериментально для 1023Ne, 1024Ne, 102^е. Составные ядра легче стабильных изотопов образуются при подсоединении протонов, и их развал сопровождается В+ -, р- излучением
и фиксируется экспериментально для ю18Че, lo17Ne.
Общий анализ результатов исследования химических элементов второго периода
Согласно анализу экспериментальных данных изотопы химических элементов второго периода периодической таблицы Д.И. Менделеева представляются составными ядрами с энергией связи от -0,03 до +0,03 а.е.м., что и обеспечивает стабильность одних (с положительной энергией связи) и развал других (с отрицательной энергией связи) составных ядер.
Каждый изотоп любого химического элемента представляется огромным множеством составных ядер с разной энергией связи (некоторые из них приведены в табл. 14), что и обеспечивает последовательный развал составных ядер в ходе повышения энергии воздействия на них, а следовательно, и изменение окислительно-восстановительного потенциала минералообразующей среды, которое наблюдалось нами при изучении олововольфрамовых месторождений различных формаций [1].
Таблица 14
Дефекты масс в составных ядрах азота 714К (Дт =К 104 а.е.м.)
Реакции 814О 613С+р+е 613С+11Н 612С+12Н 713Ы+П 510В+24Не
АМ, (а.е.м.) -19,9 5,9 5,8 35,1 38,2 49,5
Продолжение табл.14
410Be+з6Li 48Ве+24Не+12Н 324Не+12Н 512В+211Н 511В+12Н+11Н
98,4 115,2 113,2 194,1 206,4
Составные ядра с отрицательной и близкой к нулю положительной энергией связи самопроизвольно разваливаются с испусканием электронов, протонов и нейтронов, которые фиксируются в экспериментах, а с положительными энергиями - более устойчивы, и они сохраняются или накапливаются в природе и экспериментах в виде стабильных изотопов.
Энергия составных ядер, образованных при захвате нейтронов, уменьшается с повышением массы
изотопов, и энергия составных ядер, образованных при захвате протонов, увеличивается, а их равенство (пересечение двух зависимостей) достигается вблизи существования стабильных изотопов (рис.1).
Стабильным изотопам химических элементов характерны экстремальные значения энергии связи - максимум при повышении энергии связи в области энергий меньше энергии связи составных ядер, представляющих стабильные
изотопы или минимум при понижении энергии связи (в области энергий больше энергии связи составных ядер для стабильных изотопов) в направлении к стабильным изотопам.
Именно такая зависимость энергии связи протонов и нейтронов со стабильными изотопами и обусловливает эволюцию глубинного изотопного состава химических элементов в недрах Земли. Изотопы формируются из составных ядер, энергия связи которых
выше минимума, а в дифференцируемом магматическом расплаве -из составных ядер, энергия связи которых меньше минимума.
Так как составные ядра с энергией связи больше минимума не разваливаются в области энергий меньше энергии максимума, то на глубинные (прочные) изотопы на-
кладываются близповерхностные менее прочные изотопы.
Максимум энергии, характерный стабильным изотопам химических элементов второго периода сначала увеличивается от 3^ (0,007 а.е.м.) к 49Ве (0,018 а.е.м.), а затем уменьшается к 71ФЫ (0,003 а.е.м.) и снова увеличивается к 1020№ (0,015 а.е.м.) и хорошо со-
гласуется с первым потенциалом ионизации химических элементов (табл.15), что неопровержимо подтверждает существование составных ядер, связанных между собой разной энергией, и что эта разная энергия тоже обеспечивает разную связь электронов с этими ядрами.
Таблица 15
Энергия связи составных ядер распространенных стабильных изотопов (в а.е.м.) и их первый потенциал ионизации (эВ)
Изотопы 37^ 49Ве 511В 12/-1 6 с 714К 8160 9^ ю2(^е
Энергия связи ядер, а.е.м 0,007 0,018 0,012 0,014 0,003 0,010 0,011 0,015
Потенциал ионизации, эВ 5,1 9,3 8,3 11,3 14,5 13,6 17,4 21,6
Избыток нейтронов 1 1 1 - - - 1 -
Исключением из этой зависи-
14
мости является 7 N что, по-видимому, связано с образованием составных ядер стабильных изо-
14
топов азота 7 N в отличие от других элементов, даже при отрицательных энергиях.
Минимум энергии во втором периоде в области 71ФЫ, по-видимому, обусловлен пересечением двух зависимостей ( так же, как и для изотопов химических элементов) - одна из них состоит из элементов, в которых избыток нейтронов, а другая - из химических элементов с их недостатком.
Если это так, то стабильным изотопам химических элементов второго периода характерно образование их в области положительных значений энергии связи, при минимуме в ходе пересечения двух зависимостей, в одной из которых энергия связи составных ядер химических элементов уменьшается от 3^ к 1020 №, а во второй - от 1020 № к 3^.
Составные ядра более тяжелых стабильных изотопов, как правило, характеризуются меньшей энергией связи, чем легкие, более распространенные изотопы, и поэтому они легче разваливаются как в природных процессах (изменяя глубинные изотопные метки), так и при измерениях (искажая исходный изотопный состав исследуемого вещества).
ВЫВОДЫ
1. Химические элементы в экспериментах образуются,в основном в двух процессах:
♦ при подсоединении протонов, в ходе которого энергия увеличивается от легких к тяжелым изотопам ( для 10т№ она увеличивается от +0,0016 до +0,0218 а.е.м., для 9тГ - от 0,00345 до 0,0178, для 8тО - от +0,0005 до +0,0266 а.е.м., для ^ - от -0,0035 до + 0,0217, для 6тС - от +0,0014 до +0,0292, для 5тВ - от -0,0046 до + 0,02071, для 4тВе - от +0,0006 до + 0,0249, для 3"^ -от -0,0031 до + 0,0150
а.е.м.);
♦ при захвате нейтронов, в ходе
которого энергия уменьшается от легких к тяжелым (для 10т№ она уменьшается от +0,0205 до +0,0013 а.е.м., для 9тГ - от +0,0257 до +0,0029, для 8тО - от
+0,0182 до -0,0004, для ^ - от
+0,0239 до +0,0016, для 6тС - от
+0,0153 до -0,0010, для 5тВ - от
+0,0162 до -0,0004, для 4тВе -от +0,0203 до -0,0019, для 3"^ - от +
0,0231 до -0,0009 а.е.м.).
2. В более чувствительной ре-
акции (птА-> п+1тА), протекающей при очень низких энергиях , энергия связи составных ядер уменьшается от легких к тяжелым изотопам (для 10т№ она уменьшается от +0,0214 до -0,0132, для 9тГ - от
+0,0136 до -0,0171, для 8тО - от
+0,0275 до -0,0157, для ^ - от
+0,0158 до -0,0202, для 6тС - от
+0,0256 до -0,0202, для 4тВе - от +0,0152 до -0,0186, для 3"^ - от +0,0046 до -0,02278 а.е.м.), и развал ядер с отрицательной энергией, как бы служит катализатором для развала составных ядер стабильных изотопов.
3. Для более тяжелых, но менее распространенных изотопов, энергия связи близка к нулю и даже отрицательна (для 1021№ энергия связи равна +0,0030 а.е.м., для 817О - энергия связи равна +0,0029, а для 818О она равна +0,0017 а.е.м.; для 715М энергия связи равна -0,0112 а.е.м.; для 613С энергия связи равна +0,0023
а.е.м.; для 511В энергия связи равна +0,0021 а.е.м.). Поэтому даже при незначительном энергетическом воздействии менее распространенные стабильные изотопы разваливаются гораздо раньше, чем распространенные изотопы и искажают истинное соотношение изотопов как при экспериментальных измерениях, так и в эволюционирующем глубинном веществе в ходе поднятия его из недр к поверхности Земли.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
4 Составные ядра изотопов химических элементов могут образовываться при множестве других реакций, но их протекание лимитируется уровнем энергетического воздействия на химичесские элементы.
5. В экспериментах образуются химические элементы с отрицательной энергией связи, увеличивающейся от самых легких и самых тяжелых к стабильным распространенным изотопам.
6. Стабильные изотопы образуются при минимуме положительной энергии связи составных ядер, создаваемом в ходе понижения положительной энергии от самых легких и самых тяжелых изотопов к стабильным распространенным изотопам.
7. Положительная энергия свя-
зи составных ядер более распространенных изотопов уменьшается от и 1020№ к 714М, что обуслов-
лено пересечением двух зависимостей: одна из них образуется при избытке нейтронов, а другая - при их недостатке.
8. Тенденция изменения энергии связи составных ядер коррелирует с тенденцией изменения первого потенциала ионизации химических элементов, что может служить неопровержимым доказательством в пользу существования составных ядер даже для стабильных изотопов и влияния энергии составных ядер на силу притяжения электронов к таким ядрам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Носик П.Л. Влияние химизма составных ядер на условия формирования касситерита и кварца олововольфрамовых месторождений. Горный информационно-аналитический бюллетень. В печати.
2. Носик П.Л., Успенская А.Б. Новые изотопно-геохимические представления о эволюционирующем глубинном веществе. Горный информационно - аналитический бюллетень .В печати.
3. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З., Физические величины. Энергоатом-издат.- М.:1991. -1232 с.
4. Мухин К.М. Экспериментальная ядерная физика. -М.: Энерго-атомиздат, 1983. - 616 с.
© П.Л. Носик
