Chapter 9: Radioactivity and Nuclear Chemistry

Back to chapter

9.1:

النشاط الإشعاعي والمعادلات النووية

JoVE Core
Química

É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.

JoVE Core Química

Radioactivity and Nuclear Equations

Próximo Vídeo
9.4: Nuclear Binding Energy

Idiomas

COMPARTILHAR

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

أكثر مناطق الذرة كثافة هي النواة،المكونة من بروتونات ونيترونات تُسمى جميعًا نوكليونات أو نويّات. نوع الذرة الذي يحدده عدد معين من البروتونات أو النيترونات يُعرف بالنوكليد. يشتمل رمز النوكليد على حرف،وعدد ذري،وعدد كتلي.أحد الاختصارات المتعددة لرموز النوكليدات يستخدم الحرف،وشرطة،والعدد الكتلي. النوكليدات التي تتشابه في العدد الذري وتختلف في العدد الكتلي تُسمى نظائر لبعضها البعض. وهكذا يوجد للكربون ثلاثة نظائر موضحة هنا.كما تمتاز النوكليدات بحالة الطاقة فيها. على سبيل المثال،النظير الوحيد للتكنيشيوم 99 يتواجد على حالتين مختلفتين:الحالة القاعية ذات الطاقة المنخفضة والحالة المُثارة التي تعيش طويلًا وتُسمى حالة شبه الاستقرار. هذان النوعان،رغم احتوائهما على العدد ذاته من البروتونات والنيترونات،إلّا أنها نوكليدات مختلفة.الملفت أن بعض العناصر في الجدول الدوري تحتوي على نوكليدات مستقرة،تبقى سليمة إلى ما لا نهاية. وعلى العكس،تحتوي بعض العناصر على نوكليدات غير مستقرة،تُسمى نوكليدات مُشعّة. على سبيل المثال،التفكك النووي التلقائي لليورانيوم-238 يُنتج ثوريوم-234.تُسمى العملية اضمحلال النشاط الإشعاعي. النوكليدة الوليدة التي تنتج أثناء الاضمحلال قد تكون مستقرة أو مُشعّة. يرافق العملية انبعاث شظايا صغيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي.جسيمات ألفا مكافئة لنويات ذرات الهيليوم. يؤدي انبعاثها إلى تخفيض العدد الذري بمقدار 2،وتخفيض العدد الكتلي بمقدار 4. أشعة بيتا مطابقة للإلكترونات،وعند انبعاثها يرتفع العدد الذري للنوكليدة الوليدة بمقدار 1.ولأنها تحمل شحنة سالبة،تُسمى إشعاع بيتا السالب. انبعاث بوزيترون واحد،الذي يتساوى مع الإلكترون في الكتلة ويخالفه في الشحنة،يخفّض العدد الذري بمقدار 1. غالبًا ما يُسمى انبعاث بيتا الموجب.أشعة غاما تمتاز بإشعاع كهرومغناطيسي ذي طاقة كبيرة،ولا يؤدي انبعاثها إلى أي تغيير في العدد الذري أو الكتلي. أما انبعاث البروتون فيخفّض العدد الكتلي والعدد الذري بمقدار 1 لكل منهما،بينما انبعاث النيترون يخفّض العدد الكتلي بمقدار 1. المعادلات النووية ترسم الفرق بين النوكليدات الأم والنوكليدات الوليدة،وتبين طبيعة الاضمحلال.اضمحلال النشاط الإشعاعي لليورانيوم-238 ليتحول إلى ثوريوم-234 يرافقه انبعاث أشعة ألفا. المعادلات النووية موزونة مثل المعادلات الكيميائية تمامًا. مجموع الأعداد الكتلية متساوٍعلى طرفي المعادلة.بما أن هذا اضمحلال ألفا،كذلك مجموع الأعداد الذرية.

9.1:

النشاط الإشعاعي والمعادلات النووية

الكيمياء النووية هي دراسة التفاعلات التي تنطوي على تغييرات في البنية النووية. تتكون نواة الذرة من البروتونات والنيوترونات باستثناء الهيدروجين. يُطلق على عدد البروتونات في النواة العدد الذري (Z) للعنصر، ومجموع عدد البروتونات وعدد النيوترونات هو العدد الكتلي (A). الذرات التي لها نفس العدد الذري ولكن بأعداد كتل مختلفة هي نظائر لنفس العنصر.

تحتوي نواة العنصر على عدد محدد من البروتونات والنيوترونات وهي في حالة طاقة نووية معينة. تدوين النواة هو حيث X هو رمز العنصر، و A هو الرقم الكتلي، و Z هو العدد الذري. هناك أيضاً العديد من الرموز المختصرة للنوى، وكثير منها يحذف العدد الذري. على سبيل المثال، قد تكون مكتوبة بـ carbon-14 أو C-14 أو ¹⁴C.

إذا كانت النواة في حالة إثارة مؤقتة، فيتم الإشارة إليها عادةً بعلامة النجمة. إذا كانت في حالة الإثارة التي تدوم طويلاً، والتي تسمى الحالة غير المستقرة، يتم الإشارة إلىيها بإضافة ‘m’ للعدد الكتلي. على سبيل المثال، يوجد نظير التكنيشيوم-99 كحالة أرضية وحالة غير مستقرة <img alt="Eq4" src="/files/ftp_upload/11443/11443eq4.png" style="opacity: 0.9; height: 21px;"إذا كان هناك أكثر من حالة غير مستقرة لنظير معين، يتم ترقيمها بترتيب متزايد للطاقة. على سبيل المثال، يحتوي نظير التنتالوم-180 على خمسة نوى: الحالة الأرضية والحالات غير المستقرة , , , and .

التفاعلات النووية عبارة عن تحويلات لنواة واحدة أو أكثر إلى نوى أخرى، والتي تحدث من خلال التغييرات في الأعداد الذرية أو أعداد الكتلة أو حالات الطاقة النووية للنواة. لوصف تفاعل نووي، نستخدم معادلة تحدد النويدات والجسيمات المشاركة في التفاعل. كما هو الحال مع التفاعلات الكيميائية، تخضع التفاعلات النووية للحفاظ على الكتلة: مجموع أعداد كتلة المواد المتفاعلة يساوي مجموع أعداد كتلة النواتج.

يمكن أن تشارك العديد من الجسيمات أو الفوتونات المختلفة في التفاعلات النووية. تشمل الأكثر شيوعاً جسيمات ألفا (α أو )، وهي نوى هيليوم-4 عالية الطاقة؛ جسيمات بيتا (β)، والتي تشمل الإلكترونات (e⁻ أو β⁻) والبوزيترونات (e⁺ أو β⁺)، أشعة جاما (γ)، نيوترونات ()؛ والبروتونات (p⁺ أو ).

تظل بعض النوى سليمة إلى أجل غير مسمى، أو مستقرة، بينما يتحول البعض الآخر تلقائياً إلى نويدات أخرى، أو يكون غير مستقر. التغيير التلقائي للنويدات غير المستقرة إلى أخرى هو الاضمحلال الإشعاعي. يُطلق على النواة غير المستقرة اسم النواة الأم، وتُعرف النواة الناتجة عن التحلل باسم النواة الوليدة. قد تكون النواة البنت مستقرة، أو قد تتحلل من تلقاء نفسها.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 21.1: Nuclear Structure and Stability and Openstax, Chemistry 2e, Section 21.2: Nuclear Equations.

Additional Sources

IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Online version (2019-) created by S. J. Chalk. https://doi.org/10.1351/goldbook. Accessed 2021-01-10

International Atomic Energy Agency, Nuclear Data Section. Live Chart of Nuclides. https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html. Accessed 2021-01-10