в принципе можно получить один из другого путём поворота вокруг двойной связи С=С на 180°. Однако поскольку энергетич. барьер такого поворота ~250 кДж/моль, эти изомеры живут практически бесконечно долго, не превращаясь друг в друга. Геом. изомеры — фактически разные в-ва (хотя формально явл. состояниями одного соединения), обладающие разл. св-вами. Напр., темп-pa кипения цис - и транс-изомеров 1,2-дихлорэтилена равна соотв. 60,1 и 48,4°С.
• См. лит. при ст. Молекула.
.
ИЗОМЕРЫ ОПТИЧЕСКИЕ, см. Оптически активные вещества.
ИЗОМОРФИЗМ (от греч. isos — равный, одинаковый и morphe — форма, вид), полное подобие атомно-крист. строения и внеш. огранки кристаллов у в-в с одинаковой (по соотношению компонент) хим. ф-лой и одинаковым типом хим. связи. Открыт в 1819 нем. химиком Э. Мичерлихом на примере кристаллов КН2РO4, KH2AsO4 и NH4H2PO4. И. наз. также связанное с существованием изоморфных кристаллов св-во разл. атомов, ионов и их сочетаний замещать друг друга в крист. решётке с образованием кристаллов перем. состава (твёрдых растворов замещения). Пример совершенного И.— кристаллы квасцов КАl(SO4)•12Н2O, в к-рых одновалентные ионы К могут в любом кол-ве замещаться одновалентными ионами Rb, NH4 и др., имеющими прибл. одинаковый с ионами К кристаллохим. радиус, а трёхвалентные ионы Аl — трёхвалентными ионами Fe, Cr и др. с радиусами, близкими к радиусу Аl. Различие в кристаллохим. радиусах атомов в изоморфных кристаллах не превышает 10—15%.
Кроме совершенного (полного) И. с образованием тв. р-ров при любых соотношениях компонент, возможен ограниченный (по возможным концентрациям) И.; примером такого рода могут служить соединения BaSO4 и КМnО4. Различают изовалентный И., когда замещающие друг друга атомы или группировки имеют одинаковую валентность (напр., Na+ , К+ , NH4+), и гетеровалентный, когда валентность их различна (напр., Са2+ и Y3+ ). В последнем случае важна близость размеров замещающих друг друга атомов, а различие зарядов компенсируется вакансиями.
И. наблюдается у мн. минералов и кристаллов, используется при синтезе кристаллов, когда введением малых добавок существенно меняют или создают новые св-ва. Так, введение малых изоморфных добавок, напр. Сг3+ в корунд Al2O3, Nd3+ в гранат Y3Al5O12, превращает их в активную среду для квант. генераторов; введение изоморфных примесей в ПП кристаллы изменяет тип проводимости.
211
Изоморфные примеси используют, напр., для изменения окраски ювелирных кристаллов.
• См. лит. при ст. Кристаллохимия.
.
ИЗОСПИН, то же, что изотопический спин.
ИЗОТЕРМА (от греч. isos — равный, одинаковый и therme — тепло), линия на термодинамич. диаграмме состояния, изображающая изотермический процесс. Ур-ние И. идеального газа: pV=const, где р — давление, V — объём газа. Т. о., в координатах р, V И. представляет собой гиперболу. Для реального газа ур-ние И. имеет более сложный хар-р и переходит в ур-ние И. идеального газа только при малых давлениях или высоких темп-pax. В координатах р, V у И. ход всегда менее крут, чем у адиабаты. См. Ван-дер-Ваальса уравнение.
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, процесс, происходящий в физ. системе при пост. темп-ре; на термодинамич. диаграммах состояния изображается изотермой. Для осуществления И. п. систему обычно помещают в термостат, теплопроводность к-рого велика, так что темп-pa системы практически не отличается от темп-ры термостата. Можно осуществить И. п. иначе: с применением источников или стоков теплоты, контролируя постоянство темп-ры с помощью термометров. К И. п. относятся, напр., кипение жидкости или плавление тв. тела при пост. давлении. В идеальном газе при И. п. произведение давления на объём постоянно (см. Бойля — Мариотта закон). п. системе, вообще говоря, сообщается определ. кол-во теплоты (или она отдаёт теплоту) и совершается внеш. работа. Для идеального газа эта работа равна NkTln(V2/V1), где N — число ч-ц газа, Т — абс. темп-pa, V1 и V2— объём газа в начале и конце процесса. В тв. теле и большинстве жидкостей И. п. очень мало изменяет объём тела, если только не происходит фазовый переход.
ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ, особая симметрия, присущая сильному взаимодействию элем. ч-ц. Существующие в природе ч-цы, обладающие сильным вз-ствием (адроны), можно разбить на группы «похожих» ч-ц, в каждую из к-рых входят ч-цы с примерно равными массами и одинаковыми внутр. хар-ками (спином, внутр. чётностью, барионным зарядом В, странностью S, «очарованием» С, «красотой» B, за исключением электрич. заряда). Такие группы наз. изотопическими мультиплетами. Сильное вз-ствие для всех ч-ц, входящих в один изотопич. мультиплет, одинаково, т. е. не зависит от электрич. заряда; в этом и состоит одно из проявлений симметрии сильного вз-ствия, наз. И. и.
Простейший пример ч-ц, к-рые могут быть объединены в один изотопич. мультиплет: протон (р) и нейтрон (n). Опыт показывает, что сильное вз-ствие протона с протоном, нейтрона с нейтроном и протона с нейтроном одинаково (если они находятся соответственно в одинаковых состояниях); это послужило исходным пунктом для установления И. и. Протон и нейтрон рассматриваются как два разных зарядовых состояния одной ч-цы — нуклона; они образуют изотопич. дублет. Другие примеры изотопич. мультиплетов: пи-мезоны (π+, π°, π-)и Σ-гипероны (Σ+ ,Σ°, Σ-), образующие изотопич. триплеты, К-мезоны (К+, К°) и анти-К-мезоны (К^-, К^°), образующие два изотопич. дублета.
Электрич. заряд Q ч-цы, входящей в изотопич. мультиплет, выражается ф-лой Гелл-Мана — Нишиджимы:
Q = I3+1/2Y;
величина Y была названа гиперзарядом и до открытия в 70-х гг. новых адронов считалась равной: Y=B+S (обобщение ф-лы для Y см. в ст. Элементарные частицы). В этой ф-ле величина I3 пробегает с интервалом в единицу все значения от нек-рого максимального значения 7 (целого или полуцелого) до минимального, равного - I. Общее число значений, к-рые может принимать I3 (и Q) для данного изотопич. мультиплета, а следовательно, и число ч-ц в изотопич. мультиплете, равно 2 7+1. Величина I, определяющая это число, наз. изотопическим спином, а I3— третьей «проекцией» (или просто проекцией) изотопич. спина (названия связаны с формальной матем. аналогией с обычным спином ч-ц J и его проекцией Jz). Т. к. нуклоны существуют в двух зарядовых состояниях, то для них (и для всех др. ч-ц, входящих в изотопич. дублеты) 2I+1=2, т. е. I=1/2, а I3, может принимать два значения: +1/2 для протона (что соответствует Q=+1) и -1/2 для нейтрона (Q=0). Изотопич. триплету пионов соответствует I=1, а I3 равно +1 для π+ , 0 для π° и -1 для π-. Ч-цы с I=0 не имеют изотопич. «партнёров» и явл. изотоппч. синглетами; к таким ч-цам относятся, напр., гипероны Λ° и Ω-. Переход от одной ч-цы к другой из того же изотопич. мультиплета, не меняя величины изотопич. спина, меняет его проекцию; поэтому такой переход формально можно представить как поворот в условном «изотопическом („зарядовом") пр-ве». Тот факт, что сильное вз-ствие ч-ц, входящих в определ. изотопич. мультиплет, одинаково: не зависит от Q, т. е. от «проекции» изотопич. спина I3, можно интерпретировать как независимость (инвариантность) сильного вз-ствия от вращений в «изотопич. пр-ве» [или как существование группы симметрии
SU (2)]. Это утверждение явл. наиб. общей формулировкой И. и., и из него следует закон сохранения изотопич. спина в сильном вз-ствии (аналогично тому, как из независимости законов механики относительно вращений в обычном пр-ве следует закон сохранения момента кол-ва движения). На основе И. и. удаётся предсказать существование, массу и заряды новых ч-ц, если известны их изотопические «партнёры». Так было предсказано существование π°, Σ°, Ξ° по известным π+, π-; Σ+ Σ-;Ξ-.
И. и. имеет место и для составных систем адронов, в частности для ат. ядер. Изотопич. спин сложной системы складывается из пзотопич. спннов входящих в систему ч-ц, при этом сложение производится по тем же правилам, что и для обычного спина. Так, система из двух ч-ц с изотоппч. спинами 1/2 (напр., нуклон) и 1 (напр., π-мезон) может иметь изотопич. спин I=1+1/2=3/2 или I=1-1/2=1/2. В ядрах И. и. проявляется в существовании уровней энергии с одинаковыми квант. числами для разл. изобар. Примером служат ядра 146С, 147N, 148O: осн. состояния ядер 14С, 14O и первое возбуждённое состояние 14N образуют изотопич. триплет (7=1; рис.). Все квант. числа
J=1, I=0
этих уровней одинаковы, а различие в их энергиях можно объяснить разницей электростатич. энергий из-за различия в электрич. зарядах ядер. (Осн. уровень 14N имеет изотопич. спин 7=0, поэтому у него нет аналогов в ядрах 14С и 14О.)
Из И. и. следует закон сохранения полного изотопич. спина I в процессах, обусловленных сильным вз-ствием. Этот закон приводит к определ. соотношениям между вероятностями процессов для ч-ц, входящих в один изотопич. мультиплет, а также к запрету нек-рых реакций в процессах сильного вз-ствия. и. и зарядового сопряжения приводит к сохраняющейся в сильном вз-ствии величине (для ч-ц с B=S=C=b=0)— G-чётностн.
И. и. заведомо нарушается эл.-магн. вз-ствием, зависящим от электрич. зарядов ч-ц (т. е. от I3), «сила» к-рых по порядку величины составляет прибл. 1% от сильного вз-ствия. Другой источник нарушения И. и.— различие в массах u - и d-кварков, входящих в состав адронов. Указанные причины приводят к небольшому
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 |
