(1) شیمی هسته ای

هدف از مطالعه ی شیمی هسته ای فراگیری اصول ساختمان هسته اتم و بررسی کاربرد رادیو ایزوتوپ ها در شیمی می باشد.

رادیو اکتیویته:نشر اشعه ها و تابش هایی نظیر α ٬ β٬ ץ از یک هسته است. برای اولین بار این بحث توسط دانشمندی به نام بکرل در سال ١٨٩٦ کشف شد.او روی ترکیبات اورانیم کار می کرد این ترکیبات تابش از خود نشر می کنند و می توانند از مواد عبور کنند و روی فیلم عکاسی تاثیر بگذارند. دانشمندانی مثل پیر کوری  و ماری کوری به این نتیجه رسیدند که تابش هایی از نمک اورانیم به دست آمده حاصل فرایندهای هسته ای است و این فرایندها ویژگی هسته اتم است و ارتباطی به حالت شیمیایی یا فیزیکی آن ندارد.

دانش هسته ای : علم مطالعه ی خواص و تغییر در هسته های اتمی است. نقطه ی آغازین این دانش کشف بکرل است. پیر کوری و مادام کوری نیز توانستند رادیم را جدا کنند. دانش هسته ای از دو جنبه بحث می شود بحث تﺋوریک و کاربردی ،کاربردی  مثل بحث انرژی ٬تشخیص و درمان پزشکی وبحث جنگی و اما حوادث در راکتورهای اتمی و تاثیر تشعشعات رادیواکتیویته بر روی انسان و موجودات بحث مفید بودن دانش هسته ای را زیر سوال می برد.

انواع تابش ها : نوکلئون به هسته که دارای ذرات بنیادی است گفته می شود. منظور از نوکلﺌوﺋید اتم می باشد. تابش α : هسته+ ² He (هلیم دو بار مثبت ) تابش α است . فرم کلی  واکنش پرتوزا :A..........>E+X+B. A:نوکلوئید مادر ٬ B: نوکلوئید دختر ٬ X: انواع تابش ها یا ذرات نشر شده ٬ E : انرژی . تمام تابش هایی که بحث می کنیم قدرت نفوذ در ماده را دارند اما این قدرت برای هر کدام متفاوت است. قدرت نفوذ در α کم است چون سنگین تر و درشتر است اما در همان حدی که نفوذ می کند یون ایجاد می کند. چون ذره ی+² Hе دارای بار مثبت است توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی می تواند منحرف شود.

معادله هسته ای :

در یک معادله هسته ای دانش هسته ای را در یک فرم کوتاه نشان می دهیم. Po..........> He +Q+ Pb (پلونیم) ٬ Q:انرژی٬    نشر α باعث می شود نسبت نوترون به پروتون افزایش یابد.واحد جرم اتم amuمی باشد که برابر با ٥∕٩٣١ مگا الکترون ولت است. تمام ذرات α و همین طور پرتو ץ انرژی خاصی دارند اما همه ی ذرات β دارای انرژی یکسانی نیستند.

تابش β : الکترون ( نگاترون ) که جرم بسیار کمی دارد. مثال: P .........> β+S قدرت نفوذ تابش β از ذره ی α بیشتر است. نشر β همراه با نشر ذره ی دیگری به نام آنتی نوترینو ט است که در واقع انرزی ذرات β بین این دو توزیع می شود. دو دلیل عمده ی نشر دو ذره به طور همزمان : ١ ) بقای انرژی از انجا که توزیع پیوسته برای انرژی داریم و بیشتر ذرات ß ٤٠٪  انرژی ماکسیمم β هستند پس بایستی ذره ی دیگری هم در سیستم وجود داشته باشدکه آن هم انرژی متغیری را حمل کند. ٢ ) دلیل اسپینی مقدار عدد کوانتومی اسپین برای پروتون ٬ نوترون و الکترون ٢/١ است . در تبدیل نوترون به پروتون  n...........> ט+β+P  در اینجا اسپین دو طرف باید ثابت باشد در طرف چپ اسپین ٢/١  و در طرف راست پروتون اسپین ٢/١و β هم اسپین ٢/١ پس باید ذره ی دیگری نیز وجود داشته باشد که اسپین ٢/١- داشته باشد که این همان آنتی نوترینو (ט) است.

تابش ץ : معمولا نشر اشعه ی گاما بعد از نشر الفا و بتا توسط یک نوکلﺋوﺋید رادیواکتیو ساطع می شود.علت: در یک تجزیه ی رادیواکتیو ، هسته ای که حاصل می شود از نظر انرژی در یک حالت تهییجی قرار دارد در این صورت وقتی می خواهد به حالت پایه برگردد این حالت همراه با نشر اشعه ی گاما است. تابش های گاما جزو تابش های الکترومغناطیسی هستند و ذره نیستند. دارای طول موج بسیار کوتاه و انرژی زیاد هستند و قدرت نفوذ آنها در ماده بسیار زیاد می باشد. نوکلﺋون ها (ذرات بنیادی ) در هسته در سطوح انرژی مستقل یا مجزایی قرار دارندبرای آنها حالت پایه و حالت برانگیخته وجود داردانها می توانند انرژی جذب کنند و به مدارهای بالاتر بروند که در آنجا کم ثبات هستند که این حالت را با m نشان می دهند.

خواص تابش های رادیواکتیو: چرا برخی هسته ها رادیواکتیواند و برخی نیستند ؟اگر تعداد  نوترون ها به طور نسبی بیشتر باشد هسته رادیواکتیو است.

تغییر شیمیایی : برای یک واکنش شیمیایی 0 > ΔG از لحاظ تر مو دینامیکی خود بخودی است علاوه بر این در یک واکنش رادیو اکتیو تغییر انرژی مهم است یعنی 0 > ΔE و 0 > ΔM که این ها باعث خودبخودی شدن تجزیه رادیو اکتیو است .

واکنش های هسته ای :ما می توانیم در برخی موارد خودمان باعث ایجاد واکنش هسته ای شویم که به آن واکنش های هسته ای القایی یا مصنوعی یا دگردیسی های هسته ای می گویند که در اثر برخورد یک ذره به هسته ایجاد می شود.واکنش هسته ای خود به خودی : U...........>   He+Th    ، ( اعداد جرمی :٢٣٨ : U -٢٣٤ :Th – ٤ :He )

واکنش هسته ای مصنوعی: n+N........> H+C در اینجا n نوترون حرارتی است.در مثالی دیگر α+N...........> O+Pدر این واکنش اکسیژن با عدد جرمی ١٧ می باشد.فرم کلی واکنش طبق قرارداد به صورت o (P ̦٫ α ) N نوشته می شود ، o : هسته ی محصول ،P :ذره ی نشر شده، α : ذره ی برخورد کننده ، N : هسته ی هدف می باشد.

مقایسه ی بین واکنش های شیمیایی با واکنش های هسته ای : در واکنش های شیمیایی تغییرات در خارج از هسته صورت می گیرداتم ها به وسیله ی شکسته شدن وتشکیل پیوندها تجدید ارایش می کنند تنها الکترون های اوربیتالی درگیرند انرژی آزاد شده مقادیر نسبتا کمی دارد سرعت واکنش ها به وسیله ی شرایط تجربی تحت تاثیر قرار می گیرند و واکنش های معمول هستنددر حالی که در واکنش های هسته ای تغییرات در هسته صورت می گیرد نوکلﺋونها تجدید آرایش کرده و به هسته ی دیگری تبدیل می شوند پروتون ها نوترون ها و دیگر ذرات بنیادی درگیرند انرژی آزاد شده دارای مقادیر عظیم هستند سرعت واکنش ها به طور طبیعی تحت تاثیر شرایط تجربی نظیر دما فشار و یا کاتالیزور قرار نمی گیرند و واکنش های نادری هستند.

 امید وارم که این پست نظرتونو جلب کرده باشه منتظر پست های بعدی شیمی هسته ای باشید.....