ظائر العناصر الكيميائية هي أشكال من العنصر الكيميائي لذرتها نفس العدد الذري Z، ولكنها تختلف في الكتلة الذرية بسبب اختلاف عدد النيوترونات. ولا تختلف الخواص الكيميائية للذرة ونظيرها، ذلك لأن الخواص الكيميائية للذرة تعتمد على عدد البروتونات في النواة وبالتالي على عدد الإلكترونات التي تدور في الغلاف النووي وتوزيعها. الإلكترونات هي التي تشترك في التفاعلات الكيميائية. أما الخواص الفيزيائية فهي تختلف لكلاهما اختلافا كبيرا حيث تعتمد على عدد البروتونات والنيوترونات وتوزيعهما في النواة، وهم يشتركون فيما يسمى تفاعلات نووية. فمثلاً إذا نظرنا إلى ذرة الكربون-12 وهي تحتوي على 6 بروتونات و 6 نيوترونات في نواتها فهي مستقرة (خاصة فيزيائية). أما الكربون-14 فتحتوي نواته على 6 بروتونات و 8 نيوترونات وهو نظير مشع أي ذو نشاط إشعاعي (خاصة فيزيائية) ويتحلل من ذاته عن طريق تحلل بيتا.
فيزياء نووية
CNO Cycle.svg
نشاط إشعاعي
انشطار نووي
اندماج نووي
اضمحلال تقليدي
تحلل ألفا · تحلل بيتا · أشعة غاما
اضمحلال متطور
اضمحلال بيتا المضاعف · Double electron capture · تحول داخلي (لغات أخرى) · متماكب نووي · اضمحلال عنقودي · انشطار تلقائي
عمليات الإنبعاث
انبعاث النيترونات · تفكك بوزيتروني · إصدار بروتوني
عمليات ذات طاقة عالية
تشظي · تشظية الأشعة الكونية · التفكك الضوئي
التخليق
Stellar Nucleosynthesis
تخليق الانفجار العظيم النووي
التخليق النووي في المستعر الأعظم
علماء
هنري بيكريل · بيته · ماري كوري · بيار كوري · إنريكو فيرمي
هذا الصندوق: عرض ناقش عدل
عند تطبيق التسمية العلمية فإن النظير (نوكليد (Nuclide)) محدد باسم العنصر متبوعا بشرطة ثم عدد النوكليونات (البروتونات والنيوترونات) الموجودة في نواة الذرة. أمثلة : الهيليوم-3 وتحتوي نواته على برتونين و 1 نيوترون،
كربون-12 وتحتوي نواته على 6 بروتونات و 6 نيوترونات ،
كربون-14 وتحتوي نواته على 6 بروتونات و8 نيوترونات ،
حديد-57 وتحتوي نواته على 26 بروتونات و 31 من النيوترونات ،
ورمز يورانيوم-238 ويحتوي في نواته على 92 برونون والباقي نيوترونات).
وعند استخدام الاختصارات فيتم وضع رقم النوكليونات أعلى رمز العنصر كالآتي: (3He, 12C, 14C, 57Fe, 238U)
اختلاف الخواص بين النظائر عدل
في الذرة المتعادلة، عدد الإلكترونات يساوى عدد البروتونات. وعلى هذا فإن النظائر المختلفة يكون لها نفس عدد الإلكترونات ونفس البنية الإلكترونية. ونظرا لأن تصرف الذرة كيميائيا يتم تحديده بالتركيب الإلكتروني، فإن النظائر تقريبا تسلك نفس السلوك الكيميائي. الاستثناء الأساسي أنه نظرا لوجود اختلاف في كتلتها، فإن النظائر الثقيلة تميل لأن تتفاعل بصورة أبطأ من النظائر الأخف لنفس العنصر.(تسمى هذه الظاهرة تأثير حركة النظائر).
ويلاحظ تأثير الكتلة للهيدروجين (1H) بالمقارنة بالديوتريوم (2H), نظرا لأن الديوتريوم له ضعف كتلة الهيدروجين. حيث يحتوي الهيدروجين على 1 بروتون بينما تحتوي نواة الديوتريوم على 1 بروتون و 1 نيوترون. ورغم ذلك فتظل خواصهما الكيميائية متماثلة، ولكن يختلفان في سرعة الانتشار. أما بالنسبة للعناصر الأثقل فإن تأثير الكتلة النسبي بين النظائر يقل ويكاد ينعدم كلما زاد ثقل العنصر.
وبالنسبة إلى جزيئين يختلفان فقط احتواء أحدهما على ذرة معينة والأخر يحتوي على نظير تلك الذرة، سيكون لهما تقريبا نفس نفس التركيب الإلكتروني، وعلى هذا سيكون لهما خواص فيزيائية وكيميائية متشابهه. النظم الاهتزازية للجزيء تعتمد على شكل الجزيء (فمثلا جزيئ ثاني أكسيد الكربون شكله مستقيم O-C-O وجزيئ الماء ذو زاوية مقدارها 120 درجة تقريبا H-O-H [مثلث الشكل]) ويعتمد تردد الاهزازات على كتلة الذرات المكونة له وشدة الترابط الكيميائي. وبالتالى فإن هاذين النظيرين سيكون لكل منهما نمط اهتزازي مختلف قليلا عن النمط الاهتزازي للآخر، ويظهر ذلك عند تعيين التردد الاهتزازي لكل منهما. حيث أن النمط الاهتزازي يسمح للجزيء امتصاص فوتونا ذو طاقة ملائمة لطاقة الاهتزاز (الكمومية) بعينها. ويتبع ذلك أن يكون للنظرين خواصا ضوئية مختلفة في نطاق الأشعة تحت الحمراء.
خواص نووية
التواجد في الطبيعة عدل
يمكن لعدة نظائر لنفس العنصر أن تتواجد في الطبيعة فيكون منها النظير المستقر ونظائر غير مستقرة وذلك بحسب عدد النيوترونات والبروترونات في أنويتها. ونسبة تواجد نظائر لعنصر ما طبيعيا يعتمد على خواصه المتعلقة بالتحلل النووي. وتوجد أنوية (نوكليدات) مستقرة للعنصر، وقد توجد أنوية له غير مستقرة لعدم ملاءمة عدد النيوترونات فيها لعدد البروتونات. وبعملية النشاط الإشعاعي الذي تكون عن طريق تحلل ألفا أو تحلل بيتا أو كلاهما والتي تؤديها النواة طبيعيا فهي تحاول الوصول إلى حالة الاستقرار. التحلل النووي هو عملية لتحويل بعض مكونات النواة من بروتونات مثلا إلى نيوترونات لتصبح مستقرة أو تحويل أحد النيوترونات إلى بروتون لتصبح مستقرة، أو كما في تحلل ألفا تطرد النواة الغير مستقرة بروتونين ونيوترونين (جسيم ألفا) وتصبح مستقرة. ويتميز كل نشاط إشعاعي بما يسمى بعمر النصف.
وبالتوافق مع علم الكون، فإن كل النوكليدات الثقيلة بخلاف نظائر الهيدروجين والهيليوم نتجت في النجوم و السوبرنوفا. ويكون تواجدها الطبيعي ناتجا من الكميات الناتجة أثناء تلك العمليات الكونية، وأيضا توزيعها في المجرة، ومعدلات إضمحلالها. وبعد الاندماج المبدئي للنظام الشمسي، توزعت النظائر طبقا لكتلها (شاهد أصل النظام الشمسي. يختلف تركيب نظائر العناصر على كل كوكب، مما يجعل من الممكن تحديد أصل النيازك ومن أين أتت.
فيزياء نووية
CNO Cycle.svg
نشاط إشعاعي
انشطار نووي
اندماج نووي
اضمحلال تقليدي
تحلل ألفا · تحلل بيتا · أشعة غاما
اضمحلال متطور
اضمحلال بيتا المضاعف · Double electron capture · تحول داخلي (لغات أخرى) · متماكب نووي · اضمحلال عنقودي · انشطار تلقائي
عمليات الإنبعاث
انبعاث النيترونات · تفكك بوزيتروني · إصدار بروتوني
عمليات ذات طاقة عالية
تشظي · تشظية الأشعة الكونية · التفكك الضوئي
التخليق
Stellar Nucleosynthesis
تخليق الانفجار العظيم النووي
التخليق النووي في المستعر الأعظم
علماء
هنري بيكريل · بيته · ماري كوري · بيار كوري · إنريكو فيرمي
هذا الصندوق: عرض ناقش عدل
عند تطبيق التسمية العلمية فإن النظير (نوكليد (Nuclide)) محدد باسم العنصر متبوعا بشرطة ثم عدد النوكليونات (البروتونات والنيوترونات) الموجودة في نواة الذرة. أمثلة : الهيليوم-3 وتحتوي نواته على برتونين و 1 نيوترون،
كربون-12 وتحتوي نواته على 6 بروتونات و 6 نيوترونات ،
كربون-14 وتحتوي نواته على 6 بروتونات و8 نيوترونات ،
حديد-57 وتحتوي نواته على 26 بروتونات و 31 من النيوترونات ،
ورمز يورانيوم-238 ويحتوي في نواته على 92 برونون والباقي نيوترونات).
وعند استخدام الاختصارات فيتم وضع رقم النوكليونات أعلى رمز العنصر كالآتي: (3He, 12C, 14C, 57Fe, 238U)
اختلاف الخواص بين النظائر عدل
في الذرة المتعادلة، عدد الإلكترونات يساوى عدد البروتونات. وعلى هذا فإن النظائر المختلفة يكون لها نفس عدد الإلكترونات ونفس البنية الإلكترونية. ونظرا لأن تصرف الذرة كيميائيا يتم تحديده بالتركيب الإلكتروني، فإن النظائر تقريبا تسلك نفس السلوك الكيميائي. الاستثناء الأساسي أنه نظرا لوجود اختلاف في كتلتها، فإن النظائر الثقيلة تميل لأن تتفاعل بصورة أبطأ من النظائر الأخف لنفس العنصر.(تسمى هذه الظاهرة تأثير حركة النظائر).
ويلاحظ تأثير الكتلة للهيدروجين (1H) بالمقارنة بالديوتريوم (2H), نظرا لأن الديوتريوم له ضعف كتلة الهيدروجين. حيث يحتوي الهيدروجين على 1 بروتون بينما تحتوي نواة الديوتريوم على 1 بروتون و 1 نيوترون. ورغم ذلك فتظل خواصهما الكيميائية متماثلة، ولكن يختلفان في سرعة الانتشار. أما بالنسبة للعناصر الأثقل فإن تأثير الكتلة النسبي بين النظائر يقل ويكاد ينعدم كلما زاد ثقل العنصر.
وبالنسبة إلى جزيئين يختلفان فقط احتواء أحدهما على ذرة معينة والأخر يحتوي على نظير تلك الذرة، سيكون لهما تقريبا نفس نفس التركيب الإلكتروني، وعلى هذا سيكون لهما خواص فيزيائية وكيميائية متشابهه. النظم الاهتزازية للجزيء تعتمد على شكل الجزيء (فمثلا جزيئ ثاني أكسيد الكربون شكله مستقيم O-C-O وجزيئ الماء ذو زاوية مقدارها 120 درجة تقريبا H-O-H [مثلث الشكل]) ويعتمد تردد الاهزازات على كتلة الذرات المكونة له وشدة الترابط الكيميائي. وبالتالى فإن هاذين النظيرين سيكون لكل منهما نمط اهتزازي مختلف قليلا عن النمط الاهتزازي للآخر، ويظهر ذلك عند تعيين التردد الاهتزازي لكل منهما. حيث أن النمط الاهتزازي يسمح للجزيء امتصاص فوتونا ذو طاقة ملائمة لطاقة الاهتزاز (الكمومية) بعينها. ويتبع ذلك أن يكون للنظرين خواصا ضوئية مختلفة في نطاق الأشعة تحت الحمراء.
خواص نووية
التواجد في الطبيعة عدل
يمكن لعدة نظائر لنفس العنصر أن تتواجد في الطبيعة فيكون منها النظير المستقر ونظائر غير مستقرة وذلك بحسب عدد النيوترونات والبروترونات في أنويتها. ونسبة تواجد نظائر لعنصر ما طبيعيا يعتمد على خواصه المتعلقة بالتحلل النووي. وتوجد أنوية (نوكليدات) مستقرة للعنصر، وقد توجد أنوية له غير مستقرة لعدم ملاءمة عدد النيوترونات فيها لعدد البروتونات. وبعملية النشاط الإشعاعي الذي تكون عن طريق تحلل ألفا أو تحلل بيتا أو كلاهما والتي تؤديها النواة طبيعيا فهي تحاول الوصول إلى حالة الاستقرار. التحلل النووي هو عملية لتحويل بعض مكونات النواة من بروتونات مثلا إلى نيوترونات لتصبح مستقرة أو تحويل أحد النيوترونات إلى بروتون لتصبح مستقرة، أو كما في تحلل ألفا تطرد النواة الغير مستقرة بروتونين ونيوترونين (جسيم ألفا) وتصبح مستقرة. ويتميز كل نشاط إشعاعي بما يسمى بعمر النصف.
وبالتوافق مع علم الكون، فإن كل النوكليدات الثقيلة بخلاف نظائر الهيدروجين والهيليوم نتجت في النجوم و السوبرنوفا. ويكون تواجدها الطبيعي ناتجا من الكميات الناتجة أثناء تلك العمليات الكونية، وأيضا توزيعها في المجرة، ومعدلات إضمحلالها. وبعد الاندماج المبدئي للنظام الشمسي، توزعت النظائر طبقا لكتلها (شاهد أصل النظام الشمسي. يختلف تركيب نظائر العناصر على كل كوكب، مما يجعل من الممكن تحديد أصل النيازك ومن أين أتت.
