تعريف الكيمياء النووية

الكيمياء النووية Nuclear chemistry هو أحد فروع الكيمياء الذي تتعامل مع الفعالية الإشعاعية radioactivity، والعمليات النووية والخواص النووية،اي انه يمكن من خلالها تحويل الرصاص إلى ذهب ، او تحويل ذرة إلى ذرة عنصر اخرى كما انها من الاشياء الخطيرة جدا علي الصحة الآدمية لما لها من اضرار علي الانسان من الامراض السرطانية وتشويه الاجنة في الارحام ولقد حذرت منظمة الصحة العالمية ممن هذه الاضرار في مؤتمرات عدة . ويمكن تقسيمها إلى التصنيفات التالية:


1-الكيمياء الإشعاعية مجال كيميائي يعنى بدراسة العناصر المشعة. كما يعالج إنتاج وتعريف واستخدام مثل تلك العناصر ونظائرها. وقد أفادت الكيمياء الإشعاعية، علم الأثار وعلم الكيمياء الحيوية والمجالات العلمية الأخرى. وتستخدم التقنيات الإشعاعية الكيميائية في الغالب في مجال الطب للمساعدة في تشخيص المرض، وفي العديد من الدراسات البيئية.

2-الرنين النووي المغناطيسي Nuclear magnetic resonance أو اختصارا (إن.إم.آر NMR ) هي إحدى الظواهر الفيزيائية التي تعتمد على الخواص المغناطيسية الميكانيكية الكمومية لنواة الذرة. الرنين النووي المغناطيسي أيضا يستخدم للدلالة على مجموعة منهجيات و تقنيات علمية تستخدم هذه الظاهرة لدراسة الجزيئات من بنية و تشكيل فراغي.

تعتد الظاهرة أساسا على ان جميع النوى الذرية التي تملك عددا فرديا من البروتونات أو النيوترونات يكون لها عزم مغناطيسي أصلي intrinsic و عزم زاوي angular momentum. أكثر النوى التي تستخدم في هذه التقنيات هي هيدروجين-1 أكثر نظائر الهدروجين توافرا في الطبيعة إضافة إلى الكربون-13 نظير الكربون الطبيعي. نظائر عناصر أخرى يمكن أن تستخدم لكن استخداماتها تبقى أقل.

3-كيمياء النظائر نظائر العناصر الكيميائية هي أشكال من للعنصر الكيميائيذرات لذرتها نفس العدد الذري Z ، ولكنها تختلف في الكتلة الذرية وكلمة نظير ،تعنى نفس المكان ، وذلك لأن كل النظائر المختلفة للعنصر تشغل نفس


عند تطبيق عملية التسمية العلمية فإن النظير ( النيوكليد ) محدد بإسم العنصر متبوعا بشرطة ثم عدد النوكلونات ( البروتونات والنيوترونات ) الموجودة في نواة الذرة ( مثال ، هيليوم-3 . كربون-12 ، كربون-14 ، حديد-57 ، يورانيوم-238 ) . وعند استخدام الإختصارات فإنه يتم وضع رقم النوكلونات اعلى رمز العنصر ( 3He, 12C, 14C, 57Fe, 238U )

إختلاف الخواص بين النظائر
في 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 للبروتيوم (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 متشابهه . 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 معا بقوى 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 نسبة نيوترون / بروتون في 3He هى 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 .

تطبيقات النظائر
هناك كثير من التطبيقات التى يتم استخدام الخواص المختلفة للنظائر فيها وكذلك هناك عدة إحتمالات كما قال العالم الفرونكو زينوميككادار الفونسو بيراز'في إحدى مأدوبات العشاء في مأتم بألمانيا الغربية فبالتالي هناك عدة نظائر لأي عنصر مهما كان وذلك الإختلاف يكون في عدد النيوترونات.


استخدام 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 .