आइसोमेरिक शिफ्ट

आइसोमेरिक शिफ्ट (जिसे आइसोमर शिफ्ट भी कहा जाता है) परमाणु स्पेक्ट्रल लाइनों और गामा स्पेक्ट्रल लाइनों पर बदलाव है, जो एक परमाणु आइसोमर के दूसरे द्वारा प्रतिस्थापन के परिणामस्वरूप होता है। इसे सामान्यतः क्रमशः परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं और मोसबाउर आइसोमेरिक शिफ्ट पर आइसोमेरिक शिफ्ट कहा जाता है। यदिस्पेक्ट्रा में अतिसूक्ष्म संरचना भी होती है तो बदलाव स्पेक्ट्रा के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को संदर्भित करता है। आइसोमेरिक शिफ्ट परमाणु संरचना और परमाणुओं के भौतिक, रासायनिक या जैविक वातावरण के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करता है। हाल ही में प्रकृति के भौतिक स्थिरांक की समय भिन्नता की खोज में प्रभाव को एक उपकरण के रूप में भी प्रस्तावित किया गया है।

सामान्यतः क्रमशः परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं और मोसबाउर आइसोमेरिक शिफ्ट पर आइसोमेरिक शिफ्ट कहा जाता है। यदिस्पेक्ट्रा में अतिसूक्ष्म संरचना भी होती है तो बदलाव स्पेक्ट्रा के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र को संदर्भित करता है। आइसोमेरिक शिफ्ट परमाणु संरचना और परमाणुओं के भौतिक, रासायनिक या जैविक वातावरण के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करता है। हाल ही में प्रकृति के भौतिक स्थिरांक की समय भिन्नता की खोज में प्रभाव को एक उपकरण के रूप में भी प्रस्तावित किया गया है।

परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं पर आइसोमेरिक बदलाव

परमाणु स्पेक्ट्रल लाइनों पर आइसोमेरिक शिफ्ट परमाणु स्पेक्ट्रा में ऊर्जा या आवृत्ति बदलाव है, जो तब होता है जब कोई एक परमाणु आइसोमर को दूसरे से बदल देता है। प्रभाव की भविष्यवाणी रिचर्ड एम. वीनर ने की थी1956 में, जिनकी गणना से पता चला कि यह परमाणु (ऑप्टिकल) स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा मापने योग्य होना चाहिए (यह भी देखें) ). इसे प्रयोगात्मक रूप से देखा गया था 1958 में पहली बार। परमाणु आइसोमेरिक शिफ्ट का सिद्धांत मोसबाउर आइसोमेरिक शिफ्ट की व्याख्या में भी प्रयोग किया जाता है।

शब्दावली

रसायन विज्ञान और मौसम विज्ञान जैसे अन्य क्षेत्रों में आइसोमर की धारणा भी दिखाई देती है। इसलिए, इस आशय के लिए समर्पित पहले प्रकाशनों में स्पेक्ट्रल लाइनों पर परमाणु आइसोमेरिक शिफ्ट नाम का उपयोग किया गया था। मोसबाउर प्रभाव की खोज से पहले, आइसोमेरिक शिफ्ट को विशेष रूप से परमाणु स्पेक्ट्रा के लिए संदर्भित किया गया था; यह प्रारंभिक में परमाणु शब्द की अनुपस्थिति की व्याख्या करता है प्रभाव की परिभाषा। इसके बाद, मोसबाउर प्रभाव के माध्यम से गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी में आइसोमेरिक बदलाव भी देखा गया था और इसे मोसबाउर आइसोमेरिक शिफ्ट कहा जाता था। आइसोमेरिक शिफ्ट के इतिहास और उपयोग की जाने वाली शब्दावली के बारे में अधिक जानकारी के लिए देखें।

समस्थानिक बनाम समस्थानिक बदलाव परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं पर

परमाणु वर्णक्रमीय रेखाएँ विभिन्न परमाणु ऊर्जा स्तरों ई के बीच इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के कारण होती हैं, जिसके बाद फोटॉन का उत्सर्जन होता है। परमाणु स्तर इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के बीच विद्युत चुम्बकीय संपर्क का एक अभिव्यक्ति है। दो परमाणुओं के ऊर्जा स्तर, जिनके नाभिक एक ही तत्व के अलग-अलग समस्थानिक हैं, एक दूसरे के संबंध में स्थानांतरित हो जाते हैं, इस तथ्य के अतिरिक्त कि दो समस्थानिकों के विद्युत आवेश जेड समान हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि समस्थानिक न्यूट्रॉन की संख्या से भिन्न होते हैं, और इसलिए दो समस्थानिकों के द्रव्यमान और आयतन भिन्न होते हैं; ये अंतर परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं पर समस्थानिक बदलाव को जन्म देते हैं।

दो परमाणु आइसोमर्स के स्थितियों में, प्रोटॉन की संख्या और न्यूट्रॉन की संख्या समान होती है, किन्तु क्वांटम स्थिति और विशेष रूप से दो परमाणु आइसोमर्स के ऊर्जा स्तर भिन्न होते हैं। यह अंतर दो आइसोमर्स के इलेक्ट्रिक चार्ज डिस्ट्रीब्यूशन में अंतर को प्रेरित करता है और इस प्रकार संबंधित इलेक्ट्रोस्टैटिक परमाणु क्षमता φ में अंतर होता है, जो अंततः परमाणु ऊर्जा स्तरों में अंतर Δई की ओर जाता है। परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं पर आइसोमेरिक बदलाव तब दिया जाता है

$\Delta E=-e\int \delta \phi |\psi |^{2}\,d\tau ,$

जहां ψ संक्रमण में सम्मिलित इलेक्ट्रॉन का तरंग कार्य है, ई इसका विद्युत आवेश है, और इलेक्ट्रॉन निर्देशांक पर एकीकरण किया जाता है।

आइसोटोपिक और आइसोमेरिक शिफ्ट इस अर्थ में समान हैं कि दोनों ऐसे प्रभाव हैं जिनमें नाभिक का परिमित आकार स्वयं प्रकट होता है और दोनों इलेक्ट्रॉनों और परमाणु के नाभिक के बीच विद्युत चुम्बकीय संपर्क ऊर्जा में अंतर के कारण होते हैं। आइसोटोपिक शिफ्ट को आइसोमेरिक शिफ्ट से दशकों पहले जाना जाता था और परमाणु नाभिक के बारे में उपयोगी किन्तु सीमित जानकारी प्रदान करता था। आइसोमेरिक शिफ्ट के विपरीत, आइसोटोपिक शिफ्ट पहले प्रयोग में खोजी गई थी और फिर सैद्धांतिक रूप से व्याख्या की गई थी (यह भी देखें ). जबकि समस्थानिक बदलाव के स्थितियों में इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के बीच संपर्क ऊर्जा का निर्धारण एक अपेक्षाकृत सरल विद्युत चुम्बकीय समस्या है, आइसोमर्स के लिए समस्या अधिक सम्मिलित है, क्योंकि यह मजबूत बातचीत है, जो नाभिक के आइसोमेरिक उत्तेजना के लिए जिम्मेदार है और इस प्रकार दो समावयवी अवस्थाओं के आवेश वितरणों के अंतर के लिए। यह परिस्थिति इस बात की व्याख्या करती है कि परमाणु आइसोमेरिक शिफ्ट की खोज पहले क्यों नहीं की गई थी: उपयुक्त परमाणु सिद्धांत और विशेष रूप से परमाणु शेल मॉडल केवल 1940 के दशक के अंत और 1950 के दशक के प्रारंभ में विकसित किए गए थे। इस बदलाव के प्रायोगिक अवलोकन के अनुसार, इसे एक नई विधि के विकास का भी इंतजार करना पड़ा, जिसने आइसोमर्स के साथ स्पेक्ट्रोस्कोपी की अनुमति दी, जो कि मेटास्टेबल नाभिक हैं। यह भी 1950 के दशक में ही हुआ था।

जबकि आइसोमेरिक शिफ्ट न्यूक्लियस की आंतरिक संरचना के प्रति संवेदनशील है, आइसोटोपिक शिफ्ट (अच्छे सन्निकटन में) नहीं है। इसलिए, आइसोमेरिक शिफ्ट की जांच से प्राप्त की जा सकने वाली परमाणु भौतिकी की जानकारी समस्थानिक-शिफ्ट अध्ययनों से प्राप्त की जा सकने वाली जानकारी से बेहतर है। आइसोमेरिक शिफ्ट के माध्यम से माप उदा। उत्साहित और जमीनी अवस्था के परमाणु त्रिज्या का अंतर परमाणु मॉडल के सबसे संवेदनशील परीक्षणों में से एक है। इसके अतिरिक्त, मोसबाउर प्रभाव के साथ संयुक्त, आइसोमेरिक शिफ्ट वर्तमान में भौतिकी के अतिरिक्त कई अन्य क्षेत्रों में एक अनूठा उपकरण है।

परमाणु खोल मॉडल

परमाणु खोल मॉडल के अनुसार, आइसोमर्स का एक वर्ग उपस्थित है, जिसके लिए, पहले सन्निकटन में, दो के चार्ज वितरण के बीच अंतर का अनुमान प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल न्यूक्लियॉन कहे जाने वाले एक एकल न्यूक्लियॉन पर विचार करना पर्याप्त है। आइसोमर बताता है, बाकी के न्यूक्लियंस को फ़िल्टर किया जा रहा है। यह विशेष रूप से ऑड-प्रोटॉन-ईवन-न्यूट्रॉन नाभिक में लगभग बंद गोले के साथ आइसोमर्स के लिए प्रयुक्त होता है। ईण्डीयुम-115, जिसके लिए प्रभाव की गणना की गई थी, ऐसा उदाहरण है। गणना का परिणाम यह था कि परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं पर आइसोमेरिक बदलाव, यद्यपि छोटा था, एक विशिष्ट प्राकृतिक रेखा चौड़ाई की तुलना में बड़े परिमाण के दो आदेश निकले, जो ऑप्टिकल मापनीयता की सीमा का गठन करता है।

शिफ्ट को तीन साल बाद मापा गया एचजी-197 में इन-115 की गणना के अधिक करीब था, यद्यपि एचजी-197 में, इन-115 के विपरीत, ऑप्टिकल न्यूक्लियॉन एक प्रोटॉन के अतिरिक्त एक न्यूट्रॉन है, और इलेक्ट्रॉन-मुक्त-न्यूट्रॉन इंटरैक्शन की तुलना में बहुत छोटा है इलेक्ट्रॉन-मुक्त-प्रोटॉन अन्योन्यक्रिया। यह इस तथ्य का परिणाम है कि ऑप्टिकल न्यूक्लियॉन मुक्त नहीं हैं, किंतु बंधे हुए कण हैं। इस प्रकार परिणाम समझाया जा सकता था सिद्धांत के भीतर विषम प्रकाशीय न्यूट्रॉन के साथ जेड/ए के एक प्रभावी विद्युत आवेश को जोड़कर।

द मोसबॉयर आइसोमेरिक शिफ्ट

मोसबाउर आइसोमेरिक शिफ्ट गामा-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी में देखा जाने वाला बदलाव है, जब कोई दो अलग-अलग परमाणु आइसोमेरिक राज्यों की तुलना दो अलग-अलग भौतिक, रासायनिक या जैविक वातावरण में करता है, और यह दो परमाणु आइसोमेरिक के बीच पुनरावृत्ति-मुक्त मोसबॉयर संक्रमण के संयुक्त प्रभाव के कारण होता है। राज्यों और उन दो वातावरणों में दो परमाणु राज्यों के बीच संक्रमण।

परमाणु स्पेक्ट्रल लाइनों पर आइसोमेरिक शिफ्ट इलेक्ट्रॉन तरंग फ़ंक्शन ψ पर और दो आइसोमेरिक राज्यों के इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता φ के अंतर पर निर्भर करता है।

किसी दिए गए परमाणु आइसोमर के लिए दो अलग-अलग भौतिक या रासायनिक वातावरण (विभिन्न भौतिक चरणों या विभिन्न रासायनिक संयोजनों) में, इलेक्ट्रॉन तरंग कार्य भी भिन्न होते हैं। इसलिए, परमाणु वर्णक्रमीय रेखाओं पर आइसोमेरिक शिफ्ट के शीर्ष पर, जो दो परमाणु आइसोमर राज्यों के अंतर के कारण होता है, दो वातावरणों के बीच एक बदलाव होगा (प्रायोगिक व्यवस्था के कारण, इन्हें स्रोत कहा जाता है) और अवशोषक (ए))। यह संयुक्त शिफ्ट मोसबाउर आइसोमेरिक शिफ्ट है, और इसे गणितीय रूप से उसी औपचारिकता के रूप में वर्णित किया गया है, जो परमाणु स्पेक्ट्रल लाइनों पर परमाणु आइसोमेरिक शिफ्ट के रूप में है, सिवाय इसके कि एक इलेक्ट्रॉन तरंग समारोह के अतिरिक्त, स्रोत ψ_s में, स्रोत ψ_s में इलेक्ट्रॉन तरंग फ़ंक्शन के बीच अंतर से संबंधित है और अवशोषक ψ_a में इलेक्ट्रॉन तरंग फ़ंक्शन:

$\Delta E_{\text{Mossbauer}}=\Delta E_{\text{s}}-\Delta E_{\text{a}}=-e\int \delta \phi {\big (}|\psi _{\text{s}}|^{2}-|\psi _{\text{a}}|^{2}{\big )}\,d\tau .$

मोसबाउर प्रभाव की सहायता से गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी में आइसोमेरिक शिफ्ट का पहला माप रिपोर्ट किया गया था 1960 में, परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी में अपने पहले प्रायोगिक अवलोकन के दो साल बाद। इस बदलाव को मापने से, परमाणु आइसोमर राज्यों और परमाणुओं के भौतिक, रासायनिक या जैविक वातावरण के बारे में महत्वपूर्ण और अत्यंत त्रुटिहीन जानकारी प्राप्त होती है, जो इलेक्ट्रॉनिक तरंग कार्यों द्वारा दर्शायी जाती है।

इसके मोसबाउर संस्करण के अनुसार, आइसोमेरिक शिफ्ट ने डोमेन में परमाणु भौतिकी, ठोस-राज्य भौतिकी, परमाणु भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, धातु विज्ञान, खनिज विज्ञान, भूविज्ञान और चंद्र अनुसंधान के रूप में महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों को पाया है। आगे के साहित्य के लिए, यह भी देखें।

म्यूऑनिक परमाणुओं में परमाणु आइसोमेरिक बदलाव भी देखा गया है, अर्थात्, ऐसे परमाणु जिनमें एक म्यूऑन उत्तेजित नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया जाता है और उत्तेजित आइसोमेरिक परमाणु राज्य के जीवनकाल से कम समय में एक परमाणु उत्तेजित अवस्था से परमाणु जमीनी अवस्था में संक्रमण करता है।