ماذا تعرف عن النظائر للعناصر في الطبيعة
ماذا تعرف عن النظائر للعناصر ؟
يمكنكم من التالي : تحميل كتب فيزياء نووية pdf
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
لقد فكر الباحثون الأوائل في أن الكتل النووية يجب أن تكون مضاعفات صحيحة لكتلة الهيدروجين ، ولكن بمرور الزمن أشارت القياسات الدقيقة للكتل الذرية أن هذا ليس صحيحاً ، وعلينا أن نفهم أن الكتلة الذرية ( وهي تقريباً الكتلة النووية ، لأن كتلة الإلكترون صغيرة جداً ) قد تم تعيينها أولاً على يد الكيميائيين . فو اتحد واحد جرام من الهيدروجين ، مثلا ، مع 35 جرام من الكلور ليك يكونا 36 جرام من كلوريد الهيدروجين ، HCL ، لدعا ذلك الكيميائي إلى التفكير بأن ذرة الكلور ذات كتلة أكبر 35 مرة قدر ذرة الهيدروجين . ومن ثم تعين الكتل الذرية في الجدول الدوري بهذه الطريقة في أغلب الأحوال .
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
لقد فكر الباحثون الأوائل في أن الكتل النووية يجب أن تكون مضاعفات صحيحة لكتلة الهيدروجين ، ولكن بمرور الزمن أشارت القياسات الدقيقة للكتل الذرية أن هذا ليس صحيحاً ، وعلينا أن نفهم أن الكتلة الذرية ( وهي تقريباً الكتلة النووية ، لأن كتلة الإلكترون صغيرة جداً ) قد تم تعيينها أولاً على يد الكيميائيين . فو اتحد واحد جرام من الهيدروجين ، مثلا ، مع 35 جرام من الكلور ليك يكونا 36 جرام من كلوريد الهيدروجين ، HCL ، لدعا ذلك الكيميائي إلى التفكير بأن ذرة الكلور ذات كتلة أكبر 35 مرة قدر ذرة الهيدروجين . ومن ثم تعين الكتل الذرية في الجدول الدوري بهذه الطريقة في أغلب الأحوال .
اختار الكيميائيون ، في الواقع ، الأوكسجين ـ بعدة سنوات ـ لكي تكون كتلته 16Uتماما وبنوا على هذا الأساس كتل كل العناصر الأخرى .
وقد أصبح من التفق عليه الآن بناء كل الكتل على عنصر قياسي آخر وهو الكربون 12 (12C) .
وفي هذا النظام الموحد تكون كتلة ذرة الكربون 12 بما في ذلك الإلكترونات هي ـ حسب التعريف 1U=1.6606×10-27KG وتبلغ كتلة البروتون في هذا النظام للوحدات (1.0075U) على أنه حين صارت القياسات أكثر دقة ، صار من الواضح أن الكتل الذرية ليست مضاعفات صحيحة لكتل ذرة الهيدروجين
بعد ذلك قام العلماء بإستخدام مطياف الكتلة للفصائل المختلفة للعناصر فوجدوا أن هنالك عناصر لها من نفس النوع لها نفس العدد الذري ولكنها تختلف في العدد الكتلي وعرفت هذه العناصر بالنظائر للعنصر الواحد .
تاريخ مصطلح النظائر
في الركن الأسفل الأيمن للوح الفوتوغرافي الذي أخذه ج.ج. تومسون توجد علامات لنظيري النيون: نيون-20 و نيون-22.
المصطلح نظير isotope صيغ في عام 1913 من قبل مارگريت تود، الطبيبة الاسكتلندية، أثناء محادثة مع فردريك سودي (التي كان يربطها به صلة نسب بعيدة).[1]سودي، الكيميائي في جامعة گلاسگو، شرح أنه يبدو له من أبحاثه كما لو أن العديد من العناصر تشغل كل موقع في الجدول الدوري. لذلك اقترحت تود المصطلح اليوناني لمعنى "في نفس المكان" كاسم مناسب. اتخذ سودي المصطلح وواصل عمله ليحصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1921 لعمله في المواد المشعة.
إختلاف الخواص بين النظائر
Isotope half lifes. Note that the darker more stable isotope region departs from the line of protons Z = neutrons N, as the element number Z becomes larger
فى النواة المتعادلة ، عدد الإلكترونات يساوى عدد البروتونات . وعلى هذا فإن النظائر المختلفة يكون لها نفس عدد الإلكترونات ونفس الشكل الإلكتروني . ونظرا لأن تصرف الذرة كيميائيا يتم تحديده بالتركيب الإلكتروني ، فإن النظائر تقريبا تسلك نفس السلوك الكيميائي . الإستثناء الأساسي أنه نظرا لوجود إختلاف في كتلتها ، فإن النظائر الثقيلة تميل لأن تتفاعل بصورة أبطأ من النظائر الأخف لنفس العنصر. ( تسمى هذه الظاهرة تأثير حركة النظائر ).
وتأثير الكتلة يلاحظ بشدة عند النظر للپروتيوم (1H) مقابل ديتيريوم (2H), نظرا لأن الديتريوم له ضعف كتلة البروتيوم . أما بالنسبة للعناصر الأثقل فإن تأثير الكتلة النسبي بين النظائر يقل ويكاد ينعدم كلما زاد ثقل العنصر .
وبالمثل، فإنه لجزيئين يختلفان فقط في طبيعة النظير المكون لكل "متناظرين" منهما سيكون لهما تقريبا نفس نفس التركيب الإلكتروني ، وعلى هذا سيكون لهما خواص فيزيائية وكيميائية متشابهة. الأشكال الإهتزازية للجزيء يتم تحديدها بشكل الجزيء وكتلة الذرات المكونة له . وبالتالى فإن هذان المتناظران سيكون لهما شكلان إهتزازيان مختلفان . حيث ان الشكل الإهتزازي يسمح للجزيء بإمتصاص الفوتونات الملائمة لطاقة هذا الإهتزاز ، ويتبع ذلك أن يكون للمتناظرين خواص ضوئية مختلفة في المنطقة تحت الحمراء .
وبالرغم من أن النظائر لها تقريبا نفس الخواص الإلكترونية والكيميائية ، فإن سلوكها الجزيئي مختلف تماما . تتكون النواة الذرية من بروتونات ونيترونات مرتبطة معابقوى نووية قوية .
ونظرا لأن البروتونات لها شحنة موجبة ، فإنها تدفع بعضها البعض . وتقوم النيوترونات بعمل بعض الفصل بين الشحنات الموجبة ، مما يقلل من التنافر الكهرستاتيكي ، وتساعد على ثبات النواة . وبزيادة عدد البروتونات ، تزداد الحاجة لنيوترونات أكثر لعمل ثبات للنواة . فمثلا ، على الرغم من أن نسبةنيوترون/پروتون في 3He هي 1/2 ، فإن نيوترون / بروتون في 238U أكبر وتصل إلى 3 / 2 . وفى حالة وجود نيوترونات أقل أو أكثر من المفترض ، فإن النواة تكون غير مستقرة، وينتج الإضمحلال النووي .
التواجد في الطبيعة
يمكن لعدة نظائر لنفس العنصر أن تتواجد في الطبيعة . ونسبة التواجد لنظير تتناسب بشدة مع ميله ناحية الإضمحلال النووي ، النيوكليدات التى تعيش لفترة قصيرة تضمحل سريعا ، بينما تعيش مكوناتها . وهذا لا يعنى أن هذه الأصناف تختفى تماما ، نظرا لأن كثير منها يتكون أثناء إضمحلال الأصناف ذات العمر الأطول . يتم حساب الكتل الذرية للعناصر بعمل متوسط للنظائر التى لها كتل مختلفة .
وبالتوافق مع علم الكون ، فإن كل النيوكليدات ما عدا نظائر الهيدروجين والهيليوم نتجت من النجوم والسوبرنوفا . ويكون تواجدها الطبيعي ناتجا من الكميات الناتجة أثناء تلك العمليات الكونية ، وأيضا توزيعها في المجرة ، ومعدلات إضمحلالها . وبعد الإتندماج المبدئي للنظام الشمسي ، توزعت النظائر طبقل لكتلها ( شاهد أصل النظام الشمسي . تركيب نظائر العناصر يختلف على كل كوكب ، مما يجعل من الممكن تحديد أصل النيازك .
إستخدام الخواص النووية
تعتمد كثير من تقنيات المطياف على الخواص النووية المتفردة للنظائر . فمثلا " مطياف الرنين النووي المغناطيسي " NMR " يتم إستخدامه فقط للنظائر التى لها قيمة دوران غير صفرية . وأكثر النظائر إستخداما مع مطياف رنين نووي مغناطيسي 1H ، 2D ، 13C ، 31P .
مطياف موس باوير يعتمد أيضا على الإنتقالات النووية لنظائر معينة مثل 57Fe .
كما أن النيوكليدات الإشعاعية لها إستخدامات مهمة . نظرا لأن تطوير كل من القوة النووية والأسلحة النووية تتطلب كميات كبيرة من النظائر . كما أن فصل النظائر تمثل تحدي تقني معقد .
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
شارك زملاءك من الزر أدناه لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى
تعليقات