النظائر الكيميائية

ما هو النظير؟

يشير المصطلح “نظير” أساساً إلى التباين في الكتلة الذرّية أو وزن العنصر، ويتم تعريف النظائر أيضاً هي متغيرات لعنصر كيميائي معين والتي تختلف في عدد النيوترونات وتتشابه في نفس عدد البروتونات في كل ذرة. يتكون مصطلح النظير من الجذور اليونانية isos ( “يساوي”) و topos ( τόπος “مكان”) مما يعني “نفس المكان”. يسمى عدد البروتونات داخل نواة الذرة العدد الذري. يحدد كل رقم ذري عنصرًا معينًا ولكن ليس النظير، قد يكون لذرة عنصر معين نطاق واسع في عدد النيوترونات. عدد البروتونات والنيوترونات في النواة هو رقم كتلة الذرة ولكل نظير من نظائر عنصر معين رقم كتلة مختلف.
تُعرَّف النظائر المستقرة عمومًا بأنها عناصر نظيرية غير مشعة لا تتحلل بمرور الوقت. يمكن أيضًا تصنيف النظائر المشعة على أنها نظائر مستقرة عندما تكون نصف عمرها أطول من أن يتم قياسها. غالبًا ما توجد هذه العناصر في الطبيعة وتشمل نظائر الكربون والنيتروجين والهيدروجين والأكسجين والغازات النبيلة والمعادن. على سبيل المثال هناك الكثير من ذرات الكربون في الكون. العناصر الطبيعية هي الكربون 12. هذه الذرات لديها 6 نيوترونات. هناك عدد قليل من الذرات المتطرفة التي لا تحتوي على 6. قد تحتوي تلك الذرات الغريبة على 7 أو حتى 8 نيوترونات. يحتوي الكربون 14 في الواقع على 8 نيوترونات. يعتبر C-14 نظيرًا لعنصر الكربون.

من اكتشف النظائر؟

تم استخدام مصطلح النظير لأول مرة من قبل الدكتورة الأسكتلندية مارغريت تود، وتم اكتشافهما في عام 1913 من قبل الفيزيائيين البريطانيين جوزيف جون “جيه جيه” طومسون وفرانسيس ويليام أستون، فاز السير جوزيف جون بجائزة نوبل للفيزياء عام 1906 وفاز فرانسيس ويليام أستون بجائزة نوبل عام 1922 في الكيمياء.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للنظائر:

عندما نتحدث عن الخواص الكيميائية لنظائر عنصر معين فإنها تكاد تكون متطابقة أو متشابهة. تُظهر النظائر المختلفة سلوكيات كيميائية متطابقة تقريبًا. ومع ذلك عندما يتعلق الأمر بالخصائص الفيزيائية للنظائر مثل الكتلة ونقطة الانصهار أو الغليان والكثافة ونقطة التجمد فجميعها مختلفة. تعتمد الخصائص الفيزيائية لأي نظير في الغالب على كتلة كل نظير، وتتيح لنا معرفة الاختلافات التمييز بين نظير وآخر.

أنواع النظائر:

• يقال أن النظائر إما مستقرة أو مشعة. لذلك غالبًا ما تسمى النظائر المشعة بالنظائر المشعة أو النويدات المشعة.
  
• تُعرف النظائر التي لا تتحلل إشعاعيًا بالنظائر المستقرة أو النويدات المستقرة.
  
• وفقًا للنتائج هناك حوالي 339 نويدات أو نظائر موجودة بشكل طبيعي على كوكب الأرض.
  
• في هذا ، يقال أن 286 نويدات بدائية يعتقد أنها كانت موجودة منذ تكوين النظام الشمسي.
  

استخدامات النظائر المستقرة:

يستخدم العلماء الذين يجرون تجارب بيئية نظائر مستقرة للأكسجين والهيدروجين والكبريت والنيتروجين والكربون. على سبيل المثال في الكيمياء الجيولوجية يدرس العلماء التركيب الكيميائي للمواد الجيولوجية مثل المعادن والصخور. النظائر المستقرة هي أدوات يمكن الاعتماد عليها لتحديد العديد من الحقائق حول المواد الجيولوجية، مثل عمرها ومن أين أتت.

استخدامات النظائر المشعة:

تستخدم النظائر المشعة في الزراعة وصناعة الأغذية ومكافحة الآفات وعلم الآثار والطب. يستخدم التاريخ بالكربون المشع الذي يقيس عمر العناصر الحاملة للكربون نظيرًا مشعًا يُعرف باسم الكربون 14. في الطب تستخدم أشعة جاما المنبعثة من العناصر المشعة للكشف عن الأورام داخل جسم الإنسان. تشعيع الطعام – عملية تعريض الطعام لمستوى مضبوط من أشعة جاما – يقتل العديد من أنواع البكتيريا ، مما يجعل الطعام أكثر أمانًا للأكل.

أمثلة على النظائر:

الأمثلة الشائعة هي نظائر الهيدروجين والكربون. إذا تحدثنا عن عنصر الهيدروجين ، فلديه ثلاثة نظائر مستقرة وهي البروتيوم والديوتيريوم والتريتيوم. تحتوي هذه النظائر على نفس عدد البروتونات ولكن تحتوي عددًا مختلفًا من النيوترونات حيث يحتوي البروتيوم على صفر ويحتوي الديوتيريوم على واحد والتريتيوم اثنين.
عندما ننظر إلى الكربون فإنه يحتوي أيضًا على ثلاثة نظائر وهي الكربون 12، والكربون 13، والكربون 14. الأعداد 12 و 13 و 14 هي الكتل الذرية للنظائر. هنا يعتبر الكربون 12 نظيرًا مستقرًا بينما الكربون 14 هو في الغالب نظير مشع.
بغض النظر عن هذه بعض الأمثلة الأخرى الشائعة للنظائر، تشمل – القصدير 22 نظيرًا، والزنك يحتوي على 21 نظيرًا معروفًا، والنيون عبارة عن مزيج من 3 نظائر والزينون الطبيعي يتكون من مزيج من 9 نظائر مستقرة ، والنيكل له 14 نظيرًا معروفًا.

حقائق نظائر العنصر:

• معظم العناصر الموجودة في الطبيعة عبارة عن مزيج من عدة نظائر.
  
• تُعرف أيضًا باسم النويدات.
  
• يوجد حاليًا حوالي 1000 نظير غير مستقر. بعض هذه تحدث في الطبيعة بينما يتم تصنيع بعضها صناعياً في المختبرات.
  
• ما يقرب من 20 عنصرًا لها نظير ثابت واحد فقط. قليل منها يحتوي على الذهب والألمنيوم والفوسفور والفلور والصوديوم.
  
• تُستخدم نظائر مختلفة للعناصر في مجالات مثل التأريخ بالكربون والمفاعلات النووية والأغراض الطبية.