تبلیغات
110 - ایزوتوپ ها

110

سه شنبه 20 مهر 1389

ایزوتوپ ها

نویسنده: علی طولابی   طبقه بندی: علمی، 

ساختار هسته ی اتم

ابعاد هسته ی اتم حدود متر و ابعاد اتم متر می باشد. اجرای هسته اتم را نوکلئون می نامند، یعنی همان پروتون ها و نوترون ها که در کنار هم در هسته قرار گرفته اند. تعداد پروتون ها را Z (عدد اتمی) ، تعداد نوترون ها را با N (عدد نوترونی) و عدد جرمی را با A نشان می دهند. (A=Z+N) چون اتم یک ذره خنثی است تعداد الکترون ها و پروتون های آن برابر است. نماد شیمیایی یک اتم (X) را به صورت زیر نشان می دهند.

 

ایزوتوپ ها

هسته های یک عنصر شیمیایی را که تعداد نوترون های متفاوت و در نتیجه عدد جرمی متفاوت دارند، ایزوتوپ های آن عنصر می نامند. مثلاً با هم ایزوتوپ هستند. (هیدروژن معمولی) و (دوتریوم) و تریتیوم نیز ایزوتوپ های مختلف هیدروژن هستند.

نیروی هسته ای

نیرویی  است بسیار قوی تر از نیروی الکتریکی و نیروی گرانشی که باعث غلبه برنیروی دافعه ی  میان پروتون های هسته می شود و سبب پایداری نوکلئون ها در هسته می شود. نیروی هسته ای کوتاه برد و قوی است و از نوع نیروهای جاذبه می باشد.

 پایداری هسته ها

هر چه تعداد نوکلئون ها ی یک هسته بیشتر باشد، هسته بزرگ تر و فاصله ی بین نوکلئون زیادتر می شود. در نتیجه تعادل بین نیروها از بین می رود و هسته ناپایدار می گردد. این گونه ایزوتوپ ها را ایزوتوپ های ناپدار می خوانند. تمام عنصرهایی که عدد اتمی آن ها بزرگ تر از Z=83 است ناپایدار هستند. مانند رادیوم ، توریوم و اورانیوم.

انرژی بستگی هسته

 اندازه گیری دقیق جرم هسته نشان داده است که جرم هسته از مجموع جرم نوکلئون های تشکیل دهنده ی آن کم تر است. علت آن این است که هنگامی که نوکلئون ها در هسته گرد هم آمده اند، مقداری انرژی از دست داده اند (این تفاوت جرم به این انرژی تبدیل شده است) . مقدار این انرژی از رابطه ی زیر بدست می آید و آن را انرژی بستگی هسته می نامند و با B نشان می دهند.

در این رابطه  اختلاف جرم و c سرعت نور می باشد. انرژی بستگی را برحسب مگا الکترون ولت بیان می کنند.

 ترازهای انرژی هسته

انرژی نوکلئون های هسته نیز مانند انرژی الکترون ها در اتم، کوانتیده است. ولی فاصله ی بین ترازهای انرژی نوکلئون ها در هسته بسیار زیاد و حدود ده کیلو الکترون ولت ( Kev10) می باشد.

 

هسته ی اتم می تواند در اثر برخورد نوترون و یا پروتون پرانرژی به آن برانگیخته شود و با گسیل فوتون به حالت پایه برگردد. این فوتون ها بسیار پرانرژی و از نوع پرتو می باشند. اگر به نوکلئون هسته انرژی ای بیش از انرژی بستگی داده شود، می تواند از هسته جدا شود.

پرتوزایی (رادیو اکتیویته)

هسته های ناپایدار با گذشت زمان واپاشیده و به هسته های سبک تر تبدیل می شوند. این واپاشی همواره با گسیل پرتوهایی همراه است. این خاصیت هسته را پرتو زایی می نامند. پرتوزایی به یکی از سه روش زیر صورت می گیرد.

 1-    واپاشی همراه با گسیل ذره ی آلفا ( ): ذره ی هسته ی هلیوم ( ) است. به این ترتیب 2 واحد از عدد اتمی و 4 واحد از عدد جرمی ماده ی پرتوزا کاسته می شود.

2- واپاشی همراه با گسیل ذره ی بتا ( ) : ذره از جنس الکترون است. در این نوع گسیل یک نوترون که مجموعه ای از الکترون و پروتون است به پرتون تبدیل می شود و برای حفظ پایستگی بار یک الکترون گسیل می کند.

 

3- رفتن هسته از حالت برانگیخته به حالت پایه همراه با گسیل ذره ی گاما ( : پرتوی گاما از نوع امواج الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه و انرژی زیاد است. گسیل پرتو گاما نه عدد جرمی را تغییر می دهد و نه عدد اتمی بلکه هسته تنها مقداری از انرژی خود را از دست می دهد.

شیمی عمومی



  ایزوتوپ ها

اتم های تعداد مساوی هلیوم انرژی پروتون و تعداد نابرابر نوترون ها هستند که یا به صورت طبیعی در طبیعت وجود دارد و یا می توان با روش هایی در شیمی هسته ای آن ها را تهیه کرد. وزن اتمی ایزوتوپ ها بستگی به نسبت درصد هر یک از آنها در مخلوط سازنده عنصر دارد چون خواص شیمیایی تقریباً یکسان و خواص فیزیکی نزدیک به هم دارند جدا کردن آنها از یکدیگر مشکل است. فقط بر اساس این نکته که ایزوتوپ ها از لحاظ ساختمان هسته با هم متفاوت هستند می توان به روش های زیر آنها را از هم جدا کرد :

1 – طیف نگار جرمی :
یک دسته اشعه مثبت را تحت تأثیر یک میدان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی قرار می دهند و تمام ذرات دارای (e / m) برابر در یک نقطه جمع می شوند. اگر بخواهند دو ایزوتوپ 'A , A را از هم جدا کنند. این اتم ها با از دست دادن n الکترون به ذراتی با بار n+ تبدیل می شوند چون تعداد نوترون ها یکی نیست، نسبت (e / m) در آنها متفاوت است لذا 'A , A در دو نقطه متفاوت در طیف نگار جمع می شوند.

2 – استفاده از نفوذ گاز :
طبق قانون گراهام و با عبور گازها مخلوط حاصله از گازی که جرم مولکولیش کمتر است غنی تر است به تکرار این عمل گاز سبک تر را می توان از دیگری جدا کرد.

3 – استفاده از نیروی گریز از مرکز :
با توجه به اختلاف جرم حجمی بسیار کم دو ایزوتوپ و سرعت دورانی خیلی زیاد می توان دو ایزوتوپ را از هم جدا کرد.

4 – الکترولیز :
با تجزیه الکترولیتی سرعت تجزیه ایزوتوپ ها متفاوت است. مثلاً برای ایزوتوپ های آب، سرعت تجزیه مولکول سبک تر H2O کمی بیشتر از D2O است در نتیجه پس از مدتی که از شروع الکترولیز بگذرد غلظت D2O در ظرف افزایش یاخته و می توان این دو را از هم جدا کرد.



  ضریب پیوستگی :

با توجه به این که هسته از چند پروتون و نوترون تشکیل می شود علت نزدیکی جرم اتمی به عدد صحیح قابل توجیه است. اما جرم اتمی کلیه اتم ها در عین نزدیکی به عدد صحیح باید کمی بزرگتر از آن باشد اما در مورد عناصر سنگین تر جرم اتمی کوچک تر از عدد صحیح است علت آن را می توان چنین توجیه کرد که ضمن تشکیل هسته های سنگین از یک عده پروتون و نوترون مقداری جرم از بین رفته و معادل آن انرژی ظاهر می شود که برای تعبیر اختلاف جرم اتمی با اعداد صحیح ضریب پیوستگی را به شکل زیر به کار می برند:

عدد جرمی ایزوتوپ - جرم اتمی ایزوتوپ

 

=  ضریب پیوستگی

عدد جرمی ایزوتوپ

 

اگر مقدار آن منفی باشد نشانه پایداری بیشتر هسته خواهد بود. کوچک ترین ضرایب پیوستگی در نتیجه پایداری برای عناصری است که ما بین کرم و روی واقع می شوند و با افزایش عدد اتمی ضریب پیوستگی افزوده شده و برای اعداد جرمی بزرگتر از 200 مقدار آن مثبت می گردد که حاکی از زیاد شدن ناپایداری است . اختلاف جرم هسته پایدار و جرم اجزاء آن معادل مقدار انرژی است که برای متلاشی کردن کامل هسته به ذرات تشکیل دهنده آن لازم است و انرژی پیوند هسته نامیده می شود.

ایزوبار:
اتم هایی هستند که جرم اتمی آن ها مساوی ولی مربوط به عناصر مختلف هستند.
 



  رادیو اکتیویته :

وقتی نسبت تعداد نوترون ها به پروتون ها از 5/1 تجاوز کند به عناصر رادیو اکتیو با وزن اتمی زیاد می رسیم که از پولونیم عنصر 84 شروع می شوند. اشعه های عناصر رادیو اکتیو از اجزاء زیر تشکیل شده است : اشعه (آلفا) ذره ای است که از هسته هلیم یا هلیم تشکیل شده است اشعه (بتا) ذره ای است که از الکترون ها تشکیل شده است و اشعه (گاما) که خصلت موجی دارد و از نوع اشعه x با انرژی خیلی زیادتر است.

قانون سدی :
تغییرات مواد رادیو اکتیو که در اثر پخش اشعه های آن به وجود می آید طبق این قانون انجام می گیرد و شامل :
1 – هر گاه جسمی اشعه α (آلفا) از خود صادر کند از جم اتمی آن 4 واحد و از عدد اتمی آن 2 واد کم می شود. مثلاً :

2 – هر گاه جسمی اشعه β (بتا) صادر کند جرم آن تغییر نمی کند اما عدد اتمی آن یک واحد افزایش می یابد.


دسته عناصر رادیو اکتیو :
گاهی تفکیک یک جسم رادیو اکتیو مستقیماً تولید یک جسم ثابت نمی کند بلکه ابتدا یک جسم رادیو اکتیو دیگر را تولید می کند و تجزیه آن تا وقتی که جسم ثابتی حاصل گردد ادامه یافته و یک دسته عناصر رادیو اکتیو تولید می شود.

نیم عمر یک عنصر رادیو اکتیو :
زمانی را که لازم است تا قدرت رادیو اکتیویته یک جسم به نصف تقلیل یابد نیم عمر گویند.
در اثر بمباران کردن یک عنصر به وسیله ذرات یا اشعه معینی می توان عنصر دیگری به دست آورد که اگر این عنصر رادیو اکتیو باشد به آن رادیو اکتیو مصنوعی گویند.
 



  معرف نشان دار :

اگر در یک عنصر طبیعی که رادیو اکتیو نباشد مقدار کمی از رادیو اکتیو مصنوعی وارد کنیم نقش آن در واکنش های شیمیایی یا زیست شناسی تغییر نمی کند ولی به علت جزء رادیو اکتیو محل آن قابل تشخیص است این مواد رادیو اکتیو به معرف نشان دار معروف هستند مثلآً تشخیص طریقه جذب و محل تجمع ید در یک غده با افزودن ید رادیو اکتیو به ید طبیعی .


شکافت هسته ای:
در اثر بمباران یک اتم سنگین به وسیله یک نوترون هسته شکسته شده و هم زمان چند نوترون دیگر تولید می شود که این نوترون ها به نوبه خود هسته های دیگری را شکسته و عمل به صورت یک انفجار خاتمه می یابد که این شکافت هسته در اتم سنگین و تبدیل به اجزاء سبک تر با نقصان وزن کمی همراه است که طبق رابطه E = m C2 به مقدار زیادی انرژی تبدیل می شود.


جوش هسته ای :
تبدیل اتم های سبک به اتم های سنگین تر است که چون با نقصان جرم کمی همراه است مقدار کمی از مواد اولیه هم به انرژی تبدیل می گردد مثلاً در بمب ئیدروژنی :
 



  سؤالات فصل سوم


1 – طریقه ایجاد اشعه مثبت در طرف چپ کاتد در لوله تخلیه الکتریکی به چه صورت است؟
الکترون های کاتدی هنگام کشیده شدن به طرف آند در مسیر خود و با اتم های گازی خنثی در لوله برخورد کرده و آن را یونیزه می کنند و به ذراتی با بار مثبت تبدیل می شوند که به طرف کاتد کشیده شده و بعد در مسیر مجدداً الکترون های جدیدی جذب و دوباره به صورت اتم خنثی در می آیند ولی بعضی از آن ها به کاتد رسیده و از منافذ عبور کرده و در سمت چپ کاتد اشعه مثبت را به وجود می آورند.


2 – چرا در عناصر با عدد اتمی بالاتر لایه فرعی بالاتر قبل از لایه های فرعی پایین تر پر می شوند؟
چون لایه فرعی مانند 3d دارای سطح انرژی پتانسیل پایین تر و در نتیجه پایدارتر از لایه ای مانند 4s است بنابراین الکترون دوست دارد در لایه پایدارتر و با ثبات بیشتر جای بگیرد.

3 – آرایش الکترونی عناصر

 57 La , 29 Cu

را بنویسید؟

  29 Cu : 1s 2     2s2 2p 6      3s 2 3p 6       3d 10       4s 1


  57 La : 1s 2     2s2 2p 6      3s 2 3p 6       3d 10        4s 2 4p 6 4d 10       5s 2 5p 6 5d 3


4 – آیا این نکته که ضریب پیوستگی مثبت حکایت از ناپایداری هسته است کلیت دارد؟
خیر – در مورد عناصر با جرم اتمی کوچک صدق نمی کند چون جرم هر یک از پروتون ها و نوترون های تشکیل دهنده هسته بزرگتر از واحد است و ممکن است با وجود تبدیل مقداری از جرم به انرژی باز هم جرم اتمی ایزوتوپ بزرگتر از عدد صحیح بماند.

نظرات() 
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :