تعرف على علم الكيمياء
– في هذا الموضوع سيتم مناقشة قصة بداية اكتشاف ظاهرة الإشعاع النووي والمواد المشعة، لكن قبل البدء فى موضوع اليوم دعونا نتطرق أولاً إلي تعريف علم الكيمياء النووية وما الفرق بين التفاعل الكيميائي والتفاعل النووي؟
محتويات الموضوع
تعريف الكيمياء النووية والإشعاع النووي
– الكيمياء النووية هو أحد فروع الكيمياء الذي يتعامل مع الفعالية الإشعاعية radioactivity والعمليات النووية والخواص النووية.
– تعرف الكيمياء النووية بأنها التفاعلات التي تحدث نتيجة تغير في أنوية الذرات.
– يهتم علم الكيمياء النووية بدراسة تركيب النواة وطبيعة الجسيمات الأساسية المكونة لها، وكيف يؤثر هذا التركيب على ثباتها.
– وبالتالي فهو العلم الذي يهتم بدراسة الظواهر التي تؤدي إلى تغير تركيب النواة سواء بعمليات الإشعاع الطبيعية أو بعمليات التغير الصناعية.
– الإشعاع النووي هو ظاهرة فيزيائية تحدث في الذرات غير المستقرة للعناصر. وفيه تفقد النواة الذرية بعض جسيماتها وتتحول ذرة العنصر إلى عنصر آخر أو إلى نظير آخر من العنصر ذاته.
الفرق بين التفاعل الكيميائي والتفاعل النووي
تعريف التفاعل الكيميائي Chemical reaction
– التفاعل الكيميائي هو إعادة ترتيب للذرات دون المساس بصفاتها ، ويتضمن تكسير روابط كيميائية وتكوين أخرى جديدة.
– كما ويتضمن التفاعل الكيميائي في الغالب انتقال إلكترونات بين المواد المتفاعلة دون أن يحدث تغير على النواة، ودون أن تتكون ذرات جديدة.
– ويمكن ملاحظة ذلك من خلال تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء كما يلي:
– حيث أن التفاعل الكيميائي السابق لم ينتج عناصر جديدة. فعنصري الهيدروجين والأكسجين الموجودين على يسار التفاعل بقيا موجودين على يمين التفاعل. ولكن الاختلاف بين المتفاعلات والنواتج هو تكسر الرابطة بين ذرتي الهيدروجين وتكسر الرابطة بين ذرتي الأكسجين. وتكونت روابط جديدة بين ذرات الهيدروجين والأكسجين. ويتضمن التفاعل الكيميائي طاقة قليلة.
تعريف التفاعل النووي Nuclear reaction
– أما التفاعل النووي فيتضمن تغيراً في نواة الذرة ، وينتج عنه تكون عناصر جديدة ، كما تنتج عنه كمية عالية جدا ً من الطاقة.
– ويمكن ملاحظة ذلك من خلال التفاعل النووي كما يلي:
– لاحظ أن التفاعل السابق قد تضمن تحول عنصر الراديوم (Ra) إلى عنصر جديد هو الرادون (Rn) ، وظهر مع النواتج عنصر ثان هو الهيليوم (He).
– أما فى هذا الموضوع سوف نتناول بإذن الله تعالى كيف تم أكتشاف ظاهرة االإشعاع النووي والمواد المشعة وسوف نوضح بالتدريج مساهمة العلماء فى ظهور هذا القسم من الكيمياء الذى أحدث ثورة علمية فى مجال الكيمياء.
أكتشاف ظاهرة الإشعاع النووي والمواد المشعة
(1) راذرفورد
– بعد أن قدم راذرفورد تجربته الشهيرة لدراسة تأثير دقائق ألفا على صفائح المعادن.
– كان من أهم الاستنتاجات التي وضعها هي: أن الجسيمات موجبة الشحنة تتجمع في جزء صغير من الذرة وهو النواة، وفيها أيضا تتجمع كتلة الذرة أي أن تجربته وضعت التصور الأول للنموذج النووي لتركيب الذرة
– حيث كانت هذه التجربة خطوة مهمة في تطوير هذا العلم.
(2) هنري بيكريل
– اكتشف العالم الفرنسي هنري بيكريل H. Becquerel عام 1895م أن أملاح اليورانيوم تبعث إشعاعات تؤثر على الألواح الفوتوغرافية المغلفة.
– قد ظن في البداية أنها هي نفسها الإشعاعات التي اكتشفها العالم الألماني روتنجن Rotingen والتي سميت الأشعة السينية x-rays .
– لكنه لاحظ أن الإشعاعات التي تنطلق من أملاح اليورانيوم ذات قدرة عالية على الاختراق ( تفوق قدرة الأشعة السينية).
– أن هذه الظاهرة تحدث تلقائياً دون وجود مثير أو مستحث (مؤثر) خارجي مثل: (ضوء الشمس مثلاً).
– كما أكد أن إشعاعات مشابهة تصدر من جميع أملاح اليورانيوم بغض النظر عن التركيب الكيميائي للملح. وأن مركبات الثوريوم تعطي ظاهرة مشابهة.
(3) الزوجان بيير وماري كوري
– وفي عام 1889م بدأ الزوجان بيير وماري كوري Pierre and Marie Curie أبحاثهما في هذا المجال. والتي مبنية على أساس ملاحظة أن بعض الخامات الطبيعية لليورانيوم ( مثل البتشبلند) لها خواص إشعاعية أقوى من اليورانيوم النقي نفسه.
– وقد استنتجا من هذه الحقيقة أن هذه الخامات ربما تحتوي على عناصر أخرى غير اليورانيوم لها خاصية الإشعاع.
– حيث عملا جهود مضنية لاستخلاص الكميات الضئيلة الموجودة في خام البتشبلند من عنصري البولونيوم Po84 والراديوم Ra88. وهما عنصران ذوي قدرة كبيرة على الإشعاع تفوق قدرة اليورانيوم.
– ومن هنا كانت الخاصية إشعاعية القوية للبتشبلند وهي خامة سوداء اللون تحتوي على أكسيد اليورانيوم U3O8 بنسبة 75%.
– وكان من أهم أعمال ماري كوري فصلها لمقدار 100 ملليجرام من كلوريد الراديوم بصورة نقية (حسب أحدث ما توصلت إليه القياسات الطيفية في ذلك الوقت). وعينت الوزن الذري له بقيمة 226.5 ( بفارق 0.2 عن القيمة المعينة في الوقت الحاضر).
– كما استطاعت أن تحضر أول عينة نقية من فلز الراديوم من التحليل الكهربي لمصهور ملحه.
(4) راذرفورد
– وفي الأعوام التي تلت عام 1909م، قدم راذرفورد Rutherford E مساهمات مهمة في هذا المجال حين استخدم الطرق الطيفية لتعيين طبيعة الجسيمات ألفا.
– وأكد أنها عبارة عن أنبوبة الهيليوم وأن جسيمات بيتا تتصرف على نحو مماثل لجسيمات أشعة المهبط التي عرفها طومسون Tohmson بأنها عبارة عن إلكترونات أو جسيمات تحمل شحنة سالبة في الذرات ، والتي تتشابه في طبيعتها في جميع الذرات.
(5) فاجان وسودي
– وبين العامين 1911م و 1913م قدم العلمان فاجان وسودي K.Fajan and F. Soody أوراقهما البحثية الخاصة بدراسة عمليات الانحلال الإشعاعي (الإشعاع النووي) لعنصري اليورانيوم والثوريوم.
– حيث أوضحا فيها أن عملية الانحلال تتضمن تحولاً في النواة يؤدي إلى تكوين عنصر جديد من العنصر المنحل.
– وأن الانحلال بفقد جسيمات ألفا يؤدي إلى تناقص في العدد الذري بمقدار وحدتين، بينما يؤدي انحلال بيتا إلى زيادة في العدد الذري بمقدار وحدة واحدة.
(6) العالم جيمس شادويك
– وقد شهد العام 1932م حدثاً مهماً تمثل في اكتشاف جادويك J. Chadwick لوجود النيوترون الذي انطلق من نواة البريليوم بعد قذفها بجسيمات ألفا ذات الطاقة العالية جداً
– وكان لاكتشاف النيترون دور هام في تطوير إمكانيات إجراء تفاعلات نووية عديدة، لأنه جسيم غير مشحون وهو قادر على اختراق النواة دون الحاجة لإكسابه طاقة عالية.
– وقد ساهمت هذه التفاعلات النووية والإشعاع النووي في فهم الكثير عن طبيعة التركيب النووي.
(7) أيرين كيوري
– وفي العام 1934م أوضحت أيرين كيوري (إبنة بيير وماري كيوري) من خلال عملها المشترك مع زوجها فريدريك كيوري I. and F. J. Curie أن قذف البورون والألومنيوم بأشعة ألفا سوف يؤدي إلى ظهور خواص إشعاعية لهما.
– وكان هذا كشفا هاما لإمكانية تحويل النواة لتصبح مشعة بشكل صناعي كما نتج عن تجاربهما اكتشاف جسيم البوزترون positron وهو جسيم له خصائص تشبه خصائص الإلكترون ولكن بشحنة موجبة.
– وكان قد تم اكتشاف البوزترون قبل ذلك كأحد مكونات الإشعاع الكوني.
