نوكليود

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

النوى (أو النيوكلييدات ، من النواة ؛ والمعروفة أيضًا باسم الأنواع النووية ) هي فئة من الذرات تتميز بعدد البروتونات ، Z ، وعدد النيوترونات ، N ، وحالة الطاقة النووية . [ 1 ]

صاغ مصطلح "النويدة" عالم الفيزياء النووية الأمريكي ترومان ب. كوهمن عام 1947. [ 2 ] [ 3 ] عرّف كوهمن النويدة بأنها "نوع من الذرات يتميز بتركيب نواته" التي تحتوي على عدد معين من النيوترونات والبروتونات. ولذلك، ركز المصطلح في الأصل على النواة.

النظير مقابل النواة

النواة النووية هي ذرة تحتوي نواتها على عدد محدد من البروتونات والنيوترونات، على سبيل المثال الكربون-13 ( 136C ) الذي يحتوي على 6 بروتونات و7 نيوترونات. وقد صِيغ هذا المصطلح عمدًا للتمييز بينه وبين النظير ، وذلك لدراسة الخصائص النووية بمعزل عن الخصائص الكيميائية، مع أن مصطلح النظير لا يزال يُستخدم لهذا الغرض، خاصةً في المجالات التي قد يكون فيها مصطلح النواة النووية غير مألوف، كما هو الحال في التكنولوجيا النووية والطب النووي . بالنسبة للخصائص النووية، قد يكون عدد النيوترونات بنفس أهمية عدد البروتونات تقريبًا، على عكس الخصائص الكيميائية: فحتى في حالة أخف العناصر، حيث تختلف نسبة عدد النيوترونات إلى العدد الذري اختلافًا كبيرًا بين النظائر، يكون هذا التأثير ضئيلًا نسبيًا، ولا يكون جوهريًا إلا في حالة الهيدروجين والهيليوم (الذي لا يمتلك خصائص كيميائية محددة). أما بالنسبة للهيدروجين، فإن تأثير النظير كبير بما يكفي للتأثير بقوة على الأنظمة البيولوجية. في الهيليوم، يخضع 4 2 He لإحصاءات بوز-أينشتاين ، بينما يخضع 3 2 He لإحصاءات فيرمي-ديراك ، وهو ما يفسر الاختلافات الحادة في الخصائص الفيزيائية عند درجات الحرارة المنخفضة.

أنواع النويدات

على الرغم من أن مصطلحي "النظير" و"النويدة" يُستخدمان غالبًا بشكل متبادل، إلا أن كونهما نظائر ليس سوى علاقة واحدة بين النويدات. يوضح الجدول التالي بعض العلاقات الأخرى.

تعيينصفاتمثالملاحظات
النظائرعدد البروتونات متساوٍ ( Z1 = Z2 )12.6 درجة مئوية، 13.6 درجة مئوية، 14.6 درجة مئويةانظر إلى عملية التقاط النيوترونات
متساويات النوىعدد متساوٍ من النيوترونات ( N1 = N2 )13 6 C، 14 7 N، 15 8 Oانظر إلى عملية التقاط البروتون
خطوط تساوي الضغطعدد الكتل المتساوي (Z 1 + N 1 = Z 2 + N 2 )17 7 شمالاً، 17 8 غرباً، 17 9 فهرنهايتانظر إلى اضمحلال بيتا
المتساوياتفائض متساوٍ من النيوترونات (N 1 − Z 1 = N 2 − Z 2 )13 6 C، 15 7 N، 17 8 Oومن الأمثلة على ذلك النظائر المتساوية ذات فائض النيوترونات 1.

النظير النووي وناتج تحلله ألفا هما متماثلان. [ 4 ]

النوى المرآويةتبادل عدد النيوترونات والبروتونات

(Z 1 = N 2 و Z 2 = N 1 )

3 1 H، 3 2 Heانظر انبعاث البوزيترون
المتصاوغات النوويةنفس عدد البروتونات والعدد الكتلي،

لكن بحالات طاقة مختلفة

99 43 Tc، 99m 43 Tcm = حالة شبه مستقرة (حالة مثارة طويلة الأمد)

تُسمى مجموعة النوى التي لها نفس العدد الذري ( عدد البروتونات )، أي لنفس العنصر الكيميائي ولكن بأعداد نيوترونية مختلفة ، نظائر [ 5 ] ذلك العنصر. لا تزال بعض النوى تُسمى بشكل عام "نظائر"، ولكن يُعتبر مصطلح "نوى" هو المصطلح الصحيح في الحالة العامة عندما لا يشملها عنصر محدد ( قيمة Z ). وبالمثل، تُسمى مجموعة النوى التي لها نفس العدد الكتلي A ولكن بأعداد ذرية مختلفة، متساويات الكتلة (متساوية الكتلة = متساوية في الوزن)، أما النوى التي لها نفس عدد النيوترونات ولكن بأعداد بروتونية مختلفة فتُسمى متساويات النيوترونات. كذلك، تُسمى النوى التي لها نفس فائض النيوترونات ( N  - Z ) متساويات النيوترونات. [ 4 ] اشتُق اسم "نظير " من اسم " نظير " للتأكيد على أن عدد النيوترونات (n) هو الثابت في المجموعة الأولى من النوى، بينما عدد البروتونات (p) هو الثابت في المجموعة الثانية. [ 6 ] 

انظر Isotope#Notation للحصول على شرح للترميز المستخدم لأنواع النوى أو النظائر المختلفة.

النظائر النووية هي نظائر تنتمي إلى مجموعة من النوى التي لها نفس العدد الذري والعدد الكتلي (مما يجعلها، بحكم التعريف، نفس النظير)، ولكنها تختلف في حالات الإثارة. ومن الأمثلة على ذلك حالتا النظير 99 43Tc الموضحتان في مخططات الاضمحلال . تُصنف كل حالة من هاتين الحالتين (التكنيتيوم-99m والتكنيتيوم-99) كنواة مختلفة، مما يوضح أحد أوجه الاختلاف بين النوى والنظائر (إذ قد يتكون النظير من عدة نوى مختلفة ذات حالات إثارة مختلفة).

أطول نظائر النوى غير الموجودة في الحالة الأرضية عمرًا هو نظير التنتالوم-180m ( 180m 73 Ta )، الذي يبلغ عمر النصف له أكثر من 10 ^17 سنة. يوجد هذا النظير في الحالة البدائية، ولم يُرصد تحلله إلى الحالة الأرضية قط. (على النقيض من ذلك، لا يوجد نظير التنتالوم-180 في الحالة الأرضية في الحالة البدائية، إذ يتحلل بعمر نصف يبلغ 8  ساعات فقط إلى 180 72 Hf (بنسبة 86%) أو 180 74 W (بنسبة 14%)).

يوجد  في الطبيعة 251 نويدة لم يُرصد تحللها قط. وهي من بين 80 عنصرًا مختلفًا لها نظير مستقر واحد أو أكثر. انظر: النظير المستقر والنظير البدائي . أما النوى غير المستقرة فهي مشعة وتُسمى النوى المشعة . وتُسمى نواتج تحللها (النواتج الوليدة) بالنوى المشعة .

أصول النويدات المشعة الطبيعية

يمكن تقسيم النويدات المشعة الطبيعية بسهولة إلى ثلاثة أنواع. [ 7 ] أولًا، تلك التي تتجاوز أعمارها النصفية بضعة بالمئة من عمر الأرض (حواليتبقى (4.6 × 10⁹ سنة  ) من تكوينها، وهي بقايا من عملية التخليق النووي التي حدثت في النجوم قبل تكوين النظام الشمسي . على سبيل المثال، النظير 238 92 U (نصف العمر = 4.6 × 10⁹ سنة ) لا يزال اليورانيوم (4.463 × 10⁹ سنة) متوفرًا بكثرة في الطبيعة ، لكن النظير الأقصر عمرًا 235 92 U (نصف العمر =0.704 × 10 9  سنوات ) أصبح الآن أندر بـ 138 مرة. تم تحديد 35 من هذه النظائر المشعة البدائية (انظر قائمة النظائر والنظائر البدائية لمزيد من التفاصيل).

أما المجموعة الثانية من النويدات المشعة الموجودة بشكل طبيعي فتتكون من النويدات المشعة (مثل 226 و88 Ra ( نصف العمر = نظائر الراديوم (التي يبلغ عمرها النصفي 1600 عام ) هي نظائر تتكون نتيجة التحلل الإشعاعي . وتوجد هذه النظائر في سلاسل تحلل النظائر البدائية لليورانيوم أو الثوريوم. بعض هذه النظائر قصيرة العمر للغاية، مثل نظائر الفرانسيوم . يوجد حوالي 50 نظيرًا من هذه النظائر الوليدة التي يبلغ عمرها النصفي أقصر من أن تكون بدائية، وتوجد في الطبيعة فقط نتيجة تحللها من نظائر بدائية مشعة ذات عمر أطول.

تتألف المجموعة الثالثة من النوى التي تُنتج باستمرار بطريقة أخرى غير الاضمحلال الإشعاعي التلقائي البسيط (أي، ذرة واحدة فقط دون جسيمات واردة)، بل من خلال تفاعل نووي طبيعي . يحدث هذا التفاعل عندما تتفاعل الذرات مع النيوترونات الطبيعية (من الأشعة الكونية، أو الانشطار التلقائي ، أو مصادر أخرى)، أو عندما تُقصف مباشرةً بالأشعة الكونية . تُسمى هذه الأخيرة، إذا لم تكن بدائية، بالنوى الكونية . تُنتج أنواع أخرى من التفاعلات النووية الطبيعية نوى تُسمى بالنوى النووية . تتنوع النوى الناتجة مباشرةً عن الانشطار التلقائي تنوعًا كبيرًا، ولكن كل واحدة منها ستتحلل بسرعة (في الزمن الجيولوجي) إما إلى نواة بدائية أو إلى أحد نواتج الانشطار السبعة طويلة العمر ، والتي توجد بالتالي في الطبيعة، ولكن يمكن اعتبارها إما إشعاعية أو نووية.

من أمثلة النظائر المشعة التي تنتجها التفاعلات النووية الكربون المشع 146C ( الكربون المشع ) الذي ينتج عن قصف الأشعة الكونية لعناصر أخرى، والبلوتونيوم 23994Pu الذي لا يزال يتكون عن طريق قصف النيوترونات لليورانيوم الطبيعي 23892U نتيجة للانشطار الطبيعي في خامات اليورانيوم .

جدول ملخص لكل فئة من فئات النويدات

هذا جدول ملخص [ 8 ] للنظائر المشعة الـ 987 ذات أعمار نصفية أطول من ساعة واحدة، والمذكورة في قائمة النظائر المشعة . تجدر الإشارة إلى أن هذا العدد، على الرغم من دقته وفقًا للمعرفة الحالية، من المرجح أن يتغير قليلاً في المستقبل، حيث يُلاحظ أن بعض النظائر "المستقرة" مشعة ذات أعمار نصفية طويلة جدًا، كما يتم مراجعة بعض أعمار النصف أو النظائر المشعة المعروفة.

فئة الاستقرارعدد النوىالمجموع التراكميملاحظات حول المجموع التراكمي
مستقر نظرياً لجميع أنواع التحلل باستثناء تحلل البروتون9090يشمل أول 40 عنصراً. لم يُرصد اضمحلال البروتون بعد.
غير مستقرة طاقيًا لواحد أو أكثر من أنماط الاضمحلال المعروفة، ولكن لم يُرصد أي اضمحلال حتى الآن. الانشطار التلقائي ممكن للنويدات "المستقرة" بدءًا من النيوبيوم-93 ؛ وآليات أخرى ممكنة للنويدات الأثقل. تُعتبر جميعها "مستقرة" إلى حين رصد الاضمحلال.161251إجمالي النوى المستقرة كلاسيكياً .
النظائر المشعة الأولية .35286تشمل العناصر البدائية الكلية البزموت والثوريوم واليورانيوم ، بالإضافة إلى امتلاكها جميعًا نويدات مستقرة .
مشع (عمر النصف > ساعة واحدة). يشمل معظم المواد المشعة المفيدة .701987الكربون-14 ( والنظائر الكونية الأخرى الناتجة عن الأشعة الكونية )، وبنات المواد الأولية المشعة، والنظائر النووية الناتجة عن التفاعلات النووية الطبيعية بخلاف تلك الناتجة عن الأشعة الكونية (مثل امتصاص النيوترونات من الانشطار النووي التلقائي أو انبعاث النيوترونات )، والعديد من النظائر الاصطناعية.
مادة اصطناعية مشعة (نصف العمر < ساعة واحدة).> 4000> 5000 [ 9 ]يشمل ذلك جميع النظائر المشعة الاصطناعية الأخرى الموصوفة.

الخصائص النووية والاستقرار

توجد المناقشة الرئيسية لهذا الموضوع في قسم النظائر#الخصائص النووية والاستقرار .
استقرار النوى حسب ( Z ، N ) ، مثال على جدول للنوى : أسود - مستقر (جميعها بدائية) أحمر - مشع بدائي باقي - مشع، مع تناقص الاستقرار من البرتقالي إلى الأبيض

تتكون النوى الذرية، باستثناء ذرة الهيدروجين (1H ) التي تحتوي على بروتون منفرد، من بروتونات ونيوترونات مرتبطة معًا بقوة نووية قوية متبقية ، تتغلب على التنافر الكهربائي بين البروتونات. ولهذا السبب، تُعد النيوترونات ضرورية لربط البروتونات. ومع ازدياد عدد البروتونات، تزداد نسبة النيوترونات إلى البروتونات اللازمة للاستقرار، كما يوضح الرسم البياني. فعلى سبيل المثال، على الرغم من أن العناصر الخفيفة حتى الكالسيوم لها نوى مستقرة تحتوي على نفس عدد النيوترونات والبروتونات، إلا أن الرصاص يحتاج إلى حوالي 3 نيوترونات لكل بروتونين.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (1997). "النويدة" . في: أ. د. ماكنوت؛ أ. ويلكنسون (محرران). موسوعة المصطلحات الكيميائية . منشورات بلاكويل العلمية . doi : 10.1351/goldbook.N04257 . ISBN 978-0-632-01765-2.
  2. ↑ كوهان، ترومان ب. (1947). "كلمة جديدة مقترحة: نويدة ". المجلة الأمريكية للفيزياء . 15 (4): 356-357 . Bibcode : 1947AmJPh..15..356K . doi : 10.1119/1.1990965 .
  3. ↑ بيلكو، مارك (1 مايو 2010). "نعي: ترومان ب. كوهمن / أستاذ الكيمياء الذي كانت عيناه دائماً على النجوم" . بيتسبرغ بوست غازيت . مؤرشف من الأصل في 14 ديسمبر 2019. تم الاطلاع عليه في 29 أبريل 2018 .
  4. 1 2 شارما، ب.ك. (2001). الكيمياء النووية والإشعاعية ( الطبعة السابعة). دار كريشنا براكاشان للنشر. ص 78. ISBN   978-81-85842-63-9.
  5. ↑ ومع ذلك، فإن وجود النظائر النووية يعني أن العديد من النوى يمكن أن تكون من نفس النظير.
  6. ^ كوهين، إي آر؛ جياكومو، ب. (1987). “الرموز والوحدات والتسميات والثوابت الأساسية في الفيزياء”. فيزياء أ . 146 (1): 1– 68. بيب كود : 1987PhyA..146....1. . سيتيسيركس 10.1.1.1012.880 . دوى : 10.1016/0378-4371(87)90216-0 . 
  7. ↑ "أنواع النظائر: المشعة" . SAHRA. مؤرشف من الأصل في 17 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه في 12 نوفمبر 2016 .
  8. ↑ يتم اشتقاق بيانات الجدول عن طريق عد أعضاء القائمة؛ ترد المراجع الخاصة ببيانات القائمة نفسها أدناه في قسم المراجع في قائمة النوى .
  9. ↑ إجمالي النوى الموجودة في Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "تقييم NUBASE2020 للخصائص النووية" (PDF) . الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae ..