Nuklid

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A IUPAC „Arany Könyv” szerint a nuklid olyan atomfajta, melyet a tömegszáma, a rendszáma és a magjának energiaállapota határoz meg, feltéve, hogy az utóbbi közepes élettartama elég hosszú ahhoz, hogy megfigyelhető legyen.[1] Az utóbbi megszorítás mindig is sok vitát váltott ki, mert szubjektív elemet vitt bele a definícióba. Egy IUPAC bizottság 2011-es állásfoglalása alapján várható, hogy a megfigyelhetőség kritériumát ki fogják hagyni a definícióból.

A IUPAP körülírással[2], de a fenti tömör IUPAC-definícióval összhangban világítja meg a nuklid fogalmát, és különbözteti meg használatát olyan rokonfogalmakétól mint az izotóp, az izotón, az izobár és az izomer (magizomer; metastabil magú nuklid, azaz olyan nuklid, melynek magja hosszú élettartamú gerjesztett állapotban van):

Az atomoknak azon fajtájára, amelyeknek a rendszáma (protonszám) és a tömegszáma (nukleonszám) is megegyezik, a „nuklid” szóval kell hivatkozni, nem pedig az „izotóp” szóval. Az azonos tömegszámú különböző nuklidokat „izobár nuklidoknak” vagy „izobároknak”[3] hívjuk. Az azonos rendszámú különböző nuklidokat „izotóp nuklidoknak” vagy „izotópoknak” nevezzük. (Minthogy a megegyező protonszámú nuklidok „izotópok”, a megegyező neutronszámú nuklidokat olykor „izotónoknak” hívják.) [...] Metastabil magállapotokra, mint pl. a 118mAg atom, gyakran mint önálló nuklidokra hivatkoznak.

Mindkét definíció egyezik abban, hogy a nuklid atomfajtát jelent, nem pedig atommagfajtát.

Nuklidjelölési konvenciók[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egy nuklid összetételét a következő jelölésmód tartalmazza:

{}^A_Z\mathrm{X}_N

ahol X egy konkrét vegyjel helyett áll a képletben, Z a rendszám (protonszám), N a neutronszám, A pedig a tömegszám (nukleonszám). (A magizomerek megkülönböztetése a tömegszám és a vegyjel közé iktatott betűvel történik, ahogy a 118mAg esetében láttuk.) Nuklidról lévén szó, a formula nemcsak az A darab nukleonból felépülő magot jelenti, hanem a Z darab héjelektront is magában foglalja, vagyis egy semleges atomot jelképez. Ha az elektronok száma nem egyezik a protonokéval (ion), akkor azt a kémiában szokásos módon kell jelölni a jobb felső indexben.

Természetesen a fenti általános nuklidjelölés redundáns elemeket tartalmaz a Z+N=A összefüggés miatt. Elvileg tehát bármelyik mennyiség elhagyható a három közül. Gyakorlatilag viszont leginkább az N-et szokás elhagyni, mert ott van a helye, ahol a kémiai képletekben a sztöchiometriai összetételt kifejező számoké (pl. H2O), ami zavaró. Az egyszerűsített nuklidjelölés tehát leggyakrabban így fest:

{}^A_Z\mbox{X}

Ha a konkrét vegyjel is meg van adva, akkor a rendszám megadása (elvileg) felesleges, mert a vegyjelben úgyis kódolva van, legfeljebb nem tudja mindenki fejben visszafejteni a kódot. Az alábbi jelölés esetében pl. a kódfejtés eredménye Z = 92 volna:

{}^{238}_{ }\mbox{U}

A fenti jelölés helyett elterjedt a folyamatos szövegbe könnyebben beilleszkedő U-238 írásmód is ugyanazzal a jelentéssel. Az X-A típusú rövidítés tulajdonképpen a nuklidnevek (izotópnevek) leggyakoribb írott kifejtését, ill. kiejtési módját rögzíti, mely az adott esetben: urán-238. Ezzel szemben a 238U jelölést szokták 238-as uránnak is olvasni.

Végül érdemes megemlíteni a transzaktinidák, ill. a szupernehéz elemek kutatásában használt konvenciót. Például a 2009-ben felfedezettnek nyilvánított 112-es elem elsőként szintetizált 277-es tömegszámú izotópjának azonosítására a felfedezők a

{}^{277}_{ }\mbox{112}

jelölést használták[4], nem pedig a IUPAC konvencióknak megfelelő

{}^{277}_{ }\mbox{Uub}

ideiglenes jelölést (ununbium). A szupernehéz elemek kutatásában alkalmazott megoldás kézenfekvő, hiszen a IUPAC maga is decimális számjegyek átkódolásával adja meg a hivatalosan még el nem ismert kémiai elemek ideiglenes (szisztematikus) vegyjelét, miközben az alábbi szabályt követve betűkre cseréli ki a rendszám három számjegyét:

1→u, 2→b, 3→t, 4→q, 5→p, 6→h, 7→s, 8→o, 9→e, 0→n

ahol a betűk görög, vagy latin számnevek kezdőbetűi. Ma már 277Cn a jelölése ennek az izotópnak, az elemet magát pedig koperníciumnak hívják.

Néhány példa a helyes fogalomhasználatra[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Tekintsük a következő öt nuklidot (tehát nem izotópot): 1H, 2H, 3H, 3He és 4He.

  • Az 1H, 2H és a 3H nuklidokban a hidrogén izotópjait (H: Z = 1) ismerhetjük fel (rendre: prócium, deutérium, ill. trícium), melyek egy háromtagú izotópnuklid-csoportot alkotnak. (A 3H a hidrogén radioizotópja, a másik két hidrogénizotóp stabil.) A 3He és a 4He nuklid a hélium (He: Z = 2) két stabil izotópja. Ez a csoport két izotóp nuklidból áll.
  • A 3H és a 3He izobár nuklidok (A = 3). (A 3H radioaktív nuklid, azaz a radionuklidok egyike). A két izobár más-más elemet reprezentál. Ez különböző izobárok esetén törvényszerűen így van.
  • A 2H (N = AZ = 2−1 = 1) és a 3He (N = AZ = 3−2 = 1) izotón nuklidok (N = 1). A 3H és a 4He egy másik kéttagú izotóncsoportot alkot (N = 2). Egy adott elem csak egyetlen izotópjával szerepelhet az izotón nuklidok egy-egy csoportjában.

Az izomerekre (magizomerekre) kézenfekvő példa a gerjesztett magállapotú 118mAg és az alapállapotú magú, azonos nukleonösszetételű 118Ag izomer nuklidok említett esete. Az ezüstnél maradva: a stabilitási vonalhoz közelebb még érdekesebb a 108mAg, mely gerjesztett állapota ellenére sokkal hosszabb felezési idejű (438 év), mint az alapállapotú 108Ag nuklid (~2,4 min). Ráadásul a magizomer főleg (~91%-ban) elektronbefogással bomlik a 108Pd radionukliddá. (A várt γ-bomlás, mely a 108Ag alapállapotot eredményezi, csak ~9%-ban fordul elő.) Ezzel szemben az alapállapotú nuklid 97%-a β-bomlással stabil 108Cd nukliddá alakul (~3% itt is elektronbefogással, ill. részben β+-bomlással alakul át). (Mindez ellenőrizhető pl. a NewDat adatbázisban.) A magizomerek eltérő viselkedése bárki számára elegendő indokkal szolgál arra, hogy a mag eltérő energiaállapota miatt más-más nuklidnak tekintsünk két azonos magösszetételű atomot.

Relatív nuklidtömeg[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Dimenzió nélküli mennyiség, akárcsak az elemek relatív atomtömege (Ar). A relatív nuklidtömeget (röviden: a nuklidtömeget) úgy kapjuk, hogy a nuklid atomtömegét osztjuk az u egységes atomi tömegegységgel. Ezt néha úgy fogalmazzák, hogy „atomi tömegegységben számított atomtömeg”. Egy elem Ar relatív atomtömegét tehát úgy számítjuk ki, hogy a természetben előforduló izotópjait jellemző (relatív) nuklidtömegeket az izotópgyakoriságokkal súlyozva átlagoljuk.

A nuklidtérkép[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

NuklTerk Halflife Hu 740x500.jpg Nuklidtérkép bomlás szerint.jpg NuklTerk DecayHu 16O 740x422.jpg
1. 2. 3.

1. Felezési idők szerint színezett nuklidtérkép, az izotópok, izotónok és izobárok elhelyezkedési irányával. A mágikus számokat a héjmodell magyarázza.
2. A fő bomlási módok elhelyezkedése a nuklidtérképen. Az ábra a NuDat 2.5 adatbázis [1] interfésze alapján készült, akárcsak az előző kép.
3. Az előző nuklidtérkép a 8O8 duplán mágikus nuklidra zoomolva.

A nuklidtérkép olyan táblázatszerű grafikon, melynek függőleges tengelye a Z protonszámot, a vízszintes pedig az N neutronszámot mutatja. A térkép minden cellája más nukleonösszetételű nuklidot, ill. többnyire nuklidokat tartalmaz. Nem szabad elfelejteni ugyanis, hogy az izomerek különböző nuklidoknak tekintendők (a mag eltérő energiájú, mérhető élettartamú állapota miatt). Ezért a magizomerek ugyanúgy osztozkodnak a nuklidtérkép celláin, mint az izotópok az elemek rubrikáin a periódusos rendszerben.

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

BIPM nulid bomlási táblázatok[5] [6] [7]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. International Union of Pure and Applied Chemistry. "nuclide". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
  2. Cohen E.R., Giacomo P. (1987). Symbols, units, nomenclature and fundamental constants in physics. Physica A, 146A, 1-68
  3. A görög βαρος jelentése: súly
  4. http://www.gsi.de/forschung/kp/kp2/ship/el112_e.html
  5. Monographie_BIPM-5_Tables_Vol1.pdf. bipm.org, 2005 [last update]. (Hozzáférés: 2011. augusztus 14.)
  6. Monographie_BIPM-5_Tables_Vol2.pdf. bipm.org, 2005 [last update]. (Hozzáférés: 2011. augusztus 14.)
  7. Monographie_BIPM-5_Tables_Vol3.pdf. bipm.org, 2006 [last update]. (Hozzáférés: 2011. augusztus 14.)