Кіріспе
Химиялық элементтердің салыстырмалы мөлшері Оддо-Харкинс ережесіне сәйкес, атомдық нөмірі жұп элементтер, жақын атомдық нөмірлері бар элементтерге қарағанда көп кездеседі. Мысалы, атомдық нөмірі 6-ны құрайтын көміртек, бор (5) пен азоттан (7) көбірек таралған. Жалпы, жұп атомдық нөмірлі элементтің салыстырмалы мөлшері, екі жағындағы тікелей іргелес тақ атомдық нөмірлі элементтердің салыстырмалы мөлшерінен шамамен екі рет артық. Бұл үлгіні алғаш 1914 жылы Джузеппе Оддо, ал 1917 жылы Уильям Дрейпер Харкинс жариялаған. Оддо-Харкинс ережесі жұлдыздық нуклеосинтез арқылы түзілген көміртектен басталатын барлық элементтерге қатысты, бірақ Ұлы жарылыс нуклеосинтезі және ғарыш сәулелерінің шашырауы нәтижесінде пайда болған көміртек төменгі ең жеңіл элементтерге қатысты дұрыс емес.
The Oddo–Harkins rule holds that an element with an even atomic number is more abundant than the elements with immediately adjacent atomic numbers. For example, carbon, with atomic number 6, is more abundant than boron (5) and nitrogen (7). Generally, the relative abundance of an even atomic numbered element is roughly two orders of magnitude greater than the relative abundances of the immediately adjacent odd atomic numbered elements to either side. This pattern was first reported by Giuseppe Oddo in 1914 and William Draper Harkins in 1917. The Oddo–Harkins rule is true for all elements beginning with carbon produced by stellar nucleosynthesis but not true for the lightest elements below carbon produced by big bang nucleosynthesis and cosmic ray spallation.
Анықтамалар
Сутектен үлкен барлық атомдар жұлдыздардың ішінде немесе суперноваларда ядролық синтез процесі арқылы пайда болады, онда гравитация, температура және қысым протон мен нейтрондарды біріктіруге қажетті деңгейге жетеді. Протон мен нейтрондар атом ядросын құрайды, ол электрондарды жинақтап атомдарды жасайды. Ядродағы протон саны, атомдық нөмір деп аталады, химиялық элементті бірегей түрде анықтайды.
Ереже
Бұл ереженің алғашқы түрі 1917 жылы Харкиннің метеориттерді зерттеуінен туындаған. Ол сол кездегі басқа ғалымдар сияқты, метеориттер элементтердің космологиялық мөлшерін жақсы көрсетеді деп ойлады. Харкинс атомдық саны жұп элементтердің (Z) атомдық саны тақ элементтерге қарағанда шамамен 70 есе көп екенін анықтады. Метеорит құрамының 99% құрайтын алғашқы жеті элементтің бәрі жұп санмен белгіленген Z болды. Сонымен қатар, ол материалдың 90% тек 15 түрлі изотоптан тұратынын, олардың атомдық салмағы төрт еселенген, яғни альфа бөлшектерінің шамамен салмағына тең екенін байқады. Үш жыл бұрын Оддо Жер қыртысындағы элементтерге ұқсас байқау жасап, элементтердің гелийдің конденсациялану өнімдері болуы мүмкін деген болжам жасады. Гелийдің ядролық бөлігі альфа бөлшегімен бірдей. Бұл ертедегі жұмыс геохимияны ядролық физика және космологиямен байланыстырды, ал Виктор Голдшмидт құрған норвегиялық топ оны одан әрі кеңейтті. Бұл процеске жұлдыздық ортадағы жоғары температура мен қысымда альфа бөлшектерінің (гелий-4 ядросы) қосылуы кіреді. Альфа процесінің әр қадамы екі протонды (және екі нейтронды) қосып, жұп санмен белгіленген элементтердің синтезін жеңілдетеді. Көмірдің өзі гелийден үш альфа процесі арқылы түзіледі, бұл процесс литий, бериллий және борды өткізіп жібереді. Бұл нуклидтер (гелий-3 қоса) ғарыштық сәулелердің фрагментациясы арқылы пайда болады, бұл ғарыштық сәулелердің ірі изотоптарға соғылып, оларды бөліп шығаруының бір түрі. Фрагментация жұлдыздық ортаның жоғары температурасы мен қысымын қажет етпейді, бірақ Жерде де жүзеге асуы мүмкін. Фрагментацияның жеңіл өнімдері салыстырмалы түрде сирек болғанымен, бұл классқа жататын тақ массалық санға ие изотоптар жұп санмен белгіленген изотоптарға қарағанда көбірек кездеседі, бұл Оддо-Харкинс ережесіне қайшы келеді.
Ережеден ерекшеліктер
Алайда бұл постулат ғаламдағы ең көп таралған және ең қарапайым элемент – атомдық нөмірі 1-ге тең сутекке қатысты қолданылмайды. Бұл оның иондалған түрінде сутек атомы бір протонға айналуымен түсіндіріледі, өйткені ол Ұлы жарылыстан кейін Ғаламның инфляция кезеңінің алғашқы секундында кварктардың алғашқы ірі жиынтығының бірі болған деп есептеледі. Осы кезеңде Ғаламның инфляциясы оны өте кішкентай нүктеден қазіргі галактиканың шамамен мөлшеріне дейін кеңейткен кезде, бөлшектердің қайнаған шорбасындағы температура триллион Кельвиннен бірнеше миллион Кельвинге дейін төмендеді. Бұл кезең жеке протондар мен дейтерий ядроларының бірігіп гелий мен литий ядроларын құруына мүмкіндік берді, бірақ әрбір H+ ионын ауыр элементтерге қайта құру үшін жеткіліксіз уақыт болды. Осылайша, гелийдің атомдық нөмірі 2 – сутекке жұп санмен сәйкес келеді. Демек, бейтарап сутек – немесе электронымен жұптасқан сутек, жалғыз тұрақты лептон – инфляция аяқталғаннан кейін жойылмаған материяның басым бөлігін құрады. Тағы бір ерекшелік – бериллий, атомдық нөмірі жұп (4) болғанына қарамастан, жақын элементтерге (литий мен бор) қарағанда сирек кездеседі. Бұл себебі ғаламдағы литий, бериллий және бордың көп бөлігі кәдімгі жұлдыздық нуклеосинтез емес, ғарыштық сәулелердің бөлінуі арқылы түзіледі, ал бериллийдің тек бір тұрақты изотопы бар, бұл оның көршілерімен салыстырғанда аз болуына себеп болады, олардың әрқайсысы екі тұрақты изотопқа ие.
Изотоптық молдық
Оддо-Харкинс ережесінің элементтік негізі элементтердің изотоптық құрамымен тікелей байланысты. Оддо-Харкинс ережесі тақ атомдық саны бар элементтердің бір жұпсыз протонға ие болуы мүмкін екенін және тіпті атомдық сан мен протон жұптылығына қол жеткізу үшін оны жылдам сіңіруі мүмкін екенін көрсетеді. Жұп атомдық саны бар элементтерде протондар жұптасады, жұптың әрбір мүшесі екіншісінің спинін теңестіреді, осылайша нуклонның тұрақтылығын арттырады. Бұл түсіндірмеге ^{14}_{7}N қарсы келеді, ол жұпсыз протонға қарамастан, өте көп кездеседі. Сонымен қатар, протоннан екі нейтроны артық тіпті паритетті изотоптар, паритеттілігіне қарамастан, аса көп емес. Оттегі, неон, магний, кремний және күкірт сияқты жеңіл элементтердің әрқайсысы екі изотопқа ие, олардың изоспині (нуклоны) тіпті. Жоғарыда көрсетілгендей, протон мен нейтрон саны тең изотоп, екі қосымша нейтроны бар және тіпті паритетті изотопқа қарағанда бір-екі рет көп кездеседі. Бұл молдық бойынша паритеттің ролін ашық қалдыруы мүмкін. Бариондық материядағы эквинуклеондық изотоптардың ерекше көптігінің құрылымдық немесе субатомдық негізі атом ядросының ең қарапайым және ең терең шешілмеген құпияларының бірі болып табылады.
Құрылыспен байланысы
Жұлдыздың массасына байланысты, Оддо-Харкинс үлгісі, құлап бара жатқан, өлі жұлдыздың ішінде протон-протон тізбегі, CNO циклі және үш альфа процесі сияқты термоядролық реакциялар арқылы ауыр элементтердің күйіп жануынан пайда болады. Жаңадан түзілген элементтер жұлдыздық жел түрінде немесе супернова жарылысы арқылы баяу кеңістікке таратылып, ақырында галактиканың жұлдызаралық ортасына қосылады.