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