У производных дифенила, имеющих объёмистые заместители в орто-положении, возможно существование оптических изомеров вследствие затруднённости вращения бензольных колец:

Данный вид оптической изомерии называется атропоизомерией (по существу, это частный случай поворотной И.).

  Поворотная И. обусловлена ограниченным вращением в молекуле атомов или групп атомов вокруг углерод-углеродной (или любой другой) простой связи. Геометрические формы, которые принимает при этом молекула, называются конформациями, а соответствующие структуры — конформерами (конформационными, вращательными, или поворотными изомерами). Существование предпочтительных конформаций связано с взаимодействием валентно не связанных между собой атомов и групп атомов. Теоретически молекула может принимать бесчисленное множество конформаций, однако реализуются обычно немногие, выгодные энергетически. Например, из всех возможных конформаций этана энергетически наиболее выгодна заторможенная конформация (а ), наименее — заслонённая (б ):

(заторможенная конформация обладает минимальной энергией, заслонённая — максимальной; у большинства соединений устойчивыми формами являются заторможенные конформации). Разность энергий между конформациями а и б составляет 11,7 кдж/моль (2,8 ккал/моль ); это энергетический барьер вращения вокруг связи С—С в этане, т. е. энергия, необходимая для перехода из одной устойчивой (заторможенной) конформации в другую. При вращении групп CH₃ на 360° друг относительно друга молекула этана трижды принимает каждую из указанных конформации. В этане все три устойчивые конформации идентичны. Для замещенных этанов, например для 1,2-дихлорэтана, они уже не все равноценны (возможны две заторможенные конформации и одна заслонённая). Так, трансоидная конформация (в ) выгоднее скошенной, или гош-конформации (г ), на 5,02 кдж/моль (1,2 ккал/моль ), разность же между энергиями трансоидной (в ) и заслонённой (д ) конформации составляет 20,93 кдж/моль (5 ккал/моль ):

  За исключением рассмотренного выше случая атропоизомерии, энергетические барьеры конформационных переходов недостаточно велики, чтобы поворотные изомеры можно было выделить, однако их можно наблюдать, например, методами инфракрасной спектроскопии и особенно ядерного магнитного резонанса (часто только при пониженной температуре). Исследование конформационных состояний имеет большое значение при изучении физико-химических свойств веществ и их реакционной способности. См. Конформационный анализ .

  Лит.: Илиел Э., Стереохимия соединений углерода, пер. с англ., М., 1965; Терентьев А. П., Потапов В. М., Основы стереохимии, М.—Л., 1964.

  Б. Л. Дяткин.

Изомерия атомных ядер

Изомери'я а'томных я'дер, существование у некоторых атомных ядер метастабильных состояний — возбуждённых состояний с относительно большими временами жизни (см. Ядро атомное ). Некоторые атомные ядра имеют несколько изомерных состояний с разными временами жизни. Понятие И. а. я. Возникло в 1921, когда немецким физиком О. Ганом было открыто радиоактивное вещество уран Z (UZ), которое как по химическим свойствам, так и по массовому числу не отличалось от известного тогда урана UX₂ . Позднее было установлено, что UZ и UX₂ — два состояния одного и того же изотопа ²³⁴ Pa с разными энергией и периодом полураспада. По аналогии с изомерными органическими соединениями (см. Изомерия химических соединений) UZ и UX₂ стали называться ядерными изомерами. В 1935 Б. В. Курчатовым, И. В. Курчатовым, Л. В. Мысовским и Л. И. Русиновым было обнаружено изомерное состояние у искусственного радиоактивного изотопа брома ⁸⁰ Br, что послужило началом систематического изучения И. а. я. Известно большое число изомерных состояний с периодами полураспада от 10^-6 сек до многих лет. Одним из наиболее долгоживущих изомеров является ²³⁶ Np с периодом полураспада 5500 лет.

  Распад изомеров чаще всего сопровождается испусканием конверсионных электронов (см. Конверсия внутренняя ) или g-квантов; в результате образуется ядро того же изотопа, но в более низком энергетическом состоянии. Иногда более вероятным является бета-распад , который приводит к возникновению изотопа другого элемента (рис. ). Изомеры тяжёлых элементов могут распадаться путём самопроизвольного деления (см. Ядра атомного деление ).

  И. а. я. обусловлена особенностями структуры атомных ядер. Изомерные состояния образуются в тех случаях, когда переход ядра из состояния с большей энергией в более низкое энергетическое состояние путём испускания g-кванта затруднён. Чаще всего это связано с большим различием в значениях спинов S ядер в этих состояниях. Если при этом различие энергии в двух состояниях невелико, то вероятность испускания g-кванта становится малой и, как следствие, период полураспада возбуждённого состояния оказывается большим. Изомеры особенно часто встречаются у ядер в определённых областях значений массовых чисел (острова изомерии). Этот факт объясняет оболочечная модель ядра, которая предсказывает существование близких по энергии ядерных уровней с большим различием спинов при определённых значениях чисел протонов и нейтронов, входящих в состав ядра (см. Ядерные модели ). В некоторых случаях (например, для ¹⁸⁰ Hf) возникновение изомеров связано с существенным различием формы ядра в двух близких энергетических состояниях, что также приводит к уменьшению вероятности g-излучения.

  Лит.: Мухин К. Н., Введение в ядерную физику, М., 1963; Мошковский С., Теория мультипольного излучения, в кн.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, под ред. К. Зигбана, пер. с англ., в. 3, М., 1969, с. 5.

  Н. Н. Делягин.

Рис. к статье Изомерия атомных ядер.

Изомеры

Изоме'ры, химические соединения, одинаковые по составу и молекулярной массе, но различающиеся по строению и свойствам (химическим и физическим). Подробнее см. Изомерия химических соединений. О ядерных И. см. Изомерия атомных ядер .