الكينياء النووية تحدث عن طر ق الكترونات التكافؤ دون تأث ر ف النواة نتج عنها تعد ل فى عدد ونظام االلكترونات وتحتفظ الذرات بك انها

Transcript

1 الكينياء النووية ه الك م اء الت تختص بدراسة التفاعالت التى تتغ ر ف ها انو ة الذرات. و ال تحتوى المواد الناتجة على نفس عناصر المواد المتفاعلة. وف ما لى مقارنة ب ن التفاعالت النوو ة والتفاعالت الك م ائ ة التفاعالت الك م ائ ة تحدث عن طر ق الكترونات التكافؤ دون تأث ر ف النواة نتج عنها تعد ل فى عدد ونظام االلكترونات وتحتفظ الذرات بك انها تفاعالت نظائر العنصر الواحد متشابهةالن لها نفس التوز ع االلكترونى قد تطلق طاقة صغ رة تتأثر بالتغ ر فى درجة الحرارة التفاعالت النوو ة النواة هى اساس التفاعل نتج عنها تعد ل فى عدد ونظام مكونات النواة اى غالبا تم تخل ق عناصر جد دة تفاعالت نظائر العنصر الواحد مختلفة الختالف عدد الن ترونات تطلق طاقة هائلة جدا ال تتأثر بالتغ ر فى درجة الحرارة تتكون من: الذرة أ/ مستو ات طاقة: وهى افالك تح ط بالنواة وتحمل االلكترونات وهى جس مات ذات شحنة سالبة. ب/ النواة: صغ رة جدا إذا ما قورنت بحجم الذرة وتحتوى على نوعان من الجس مات: 1 -دقائق نوو ة موجبة تعرف بالبروتونات. - 2 دقائق نوو ة ل س لها شحنة تعرف بالن وترونات. الرقم الكتلى }العدد الكتلى{} A { : هو مجموع مكونات النواة }مجموع النو ات } }العدد الذرى {}Z{: هو عدد البرتونات فى نواة الذرة. عدد الن وترونات = العدد الكتلى العدد الذرى }Z A{ 1

2 مثال عنصر ال وران وم فى الطب عة له ثالث نظائر 1/ 238 U 92 = A = } عدد الكتلة}عدد النو ات العدد الذرى }Z{= عدد البرتونات = عدد الن ترونات = 2/ 235 U 92 عدد الكتلة }عدد النو ات } = A = العدد الذرى }Z{= عدد البرتونات = عدد الن ترونات = الكتلة = - النقصان فى الكتلة = 2 3/ 234 U 92 عدد الكتلة }عدد النو ات } = A = العدد الذرى }Z{= عدد البرتونات = عدد الن ترونات = الجدول التال وضح كتل مكونات الذرة الشحنة الكتلة }وحدة كتلة ذر ة } الرمز الجس م ,1 P البروتون صفر 6877,111 N الن ترون ,0 E اإللكترون من الجدول السابق أحسب مجموع كتل الجس مات المكونة لنظ ر اله ل وم 4 He 2 }المكونات 2 برتون + 2 إلكترون + 2 ن ترون } - i كتلة 0 إلكترون = - ii كتلة 0 بروتون = - iii كتلة 0 ن وترون = إذن مجموع كتل الجس مات = إذا كانت الكتلة المحسوبة بجهاز مط اف الكتلة للنظ ر 4 He 2 هى 26,3,,40 أحسب النقصان فى

3 هذا النقصان فى الكتلة دل على ان جزء من الكتلة قد اختفى و مكن تفس ر هذا النقص بنظر ة انشتا ن التى تقول }ان لكل جس م متحرك كتلت ن 0 كتلته فى حالة السكون وكتلته النسب ة.{ الكتلة النسب ة = كتلة الجس م فى حالة السكون + طاقة حركة الجس م. مكن تحو ل كتلة الجس م الى طاقة بالقانون الطاقة = الكتلة * مربع سرعة الضوء ح ث 3 M هى الكتلة }ك لوجرام{ و E هى الطاقة }جول{ و C هى سرعة الضوء }متر / ثان ة } من ذلك نستنج ان النقصان فى الكتلة تحول الى طاقة تربط النو ات مع بعضها وتعرف هذه الطاقة بطاقة الترابط النووى. طاقة الترابط النووى : للنول الواحد. هى الطاقة املسؤولة مو ترابط نويات الهظري مع بعضها داخل حيس الهواة قوى الترابط النووى تزداد كلما كانت النو ات على مسافة قر بة من بعضها. قوى الترابط ب ن ن وترون ن أكبر من قوى الترابط ب ن برتون ن وذلك بسبب التنافر ب ن البروتون ن }شحنة موجبة {. ملحوظة : طاقة الترابط النووي اقوي بحوال مل ون مرة من طاقة الرابطة الك م ائ ة ب ن الذرات اإلشعاع اكتشف العالم رونتجن ان تصادم اشعة المهبط فى انبوب التفر غ بقطعة من مادة عطى اشعة تسمى اشعة اكس X-Ray )االشعة الس ن ة(وه اشعة كهرومغنط س ة مشابهة للموجات الضوئ ة. بعد ذلك اكتشف العالم هنرى ب كر ل اشعاعات الترى بالع ن المجردة من احدى خامات ال وران وم.ثم تم التعرف على ثالثة انواع من االشعاعات تنبعث جم عها من انو ة العناصر عندما حدث ف ها تغ ر سم ت هذه االشعة بأشعة الفا { α } واشعة ب تا { β } واشعة جاما { } طب عت النشاط االشعاعى هو نشاط حدث للمواد نت جة للتحلل التلقائى للنوى الذر ة غ ر المستقرة. كل نوى الذرات األثقل من البزموث E = MC 2 Bi 83 نوى غ ر مستقرة { أى النوى التى تحتوى على أكثر من من 33 برتون }

4 أنواع النشاط اإلشعاع {: نبعث فى هذه الحالة جس م الفا وهو نواة ذرة اله ل وم} 2 بروتون + 2 α أ- أشعة الفا { ن وترون } 4 He 2 } }Z{ اى عندما تنطلق جس مات الفا صبح الرقم الذرى للنواة الناتجة اقل بوحدت ن كما صبح رقم كتلتها }A{ اقل بأربعة وحدات عن النواة االصل ة. 226 Ra Rn He 2 ب- أشعة ب تا { : } β عبارة عن شحنات سالبة والكترون 0 بقى البروتون ف النواة و نبعث االلكترون من النوواة علوى هئ وة اشوعة ب توا بقى العدد الكتلى كما هو و زداد العدد الذرى بمقدار وحدة واحدة β { 0 1- e }إلكترون } تنبعث نت جة لتحوول ن تورون الوى برتوون } 0 عنودما تنطلوق اشوعة ب توا 31 Si P 15 + β { 31 Si P e -1 } داخل النواة ج - أشعة جاما { {: ه موجات كهر ومغنط س ة عد مة الشحنة تصدر وال تغ ر هذه األشعة العدد الكتلى أو العدد الذرى للنواة. 125 Te 52 + بسوبب تغ ورات فو الطاقوة تحودث 125 Te 52 انبعاث أشعة ألفا يزيح النويدة مبقدار موقعني حنو اليسار يف اجلدول الدوري انبعاث أشعة بيتا يزيح النويدة مبقدار موقع واحد حنو الينني يف اجلدول الدوري. انبعاث أشعة جاما ال يؤثر على موقع العنصر يف اجلدول الدوري التحلل اإلشعاع ل س قاصرا عل األشعة السابقة ولكن هناك أنواع اخري من التحلل اإلشعاع مثال التحلل اإلشعاع لنظ ر البولون وم بثالث طرق انبعاث أشعة ألفا 207 Po Pb He 2 األسر االلكترون )اسر احد االلكترونات الدائرة خارج النوة بواسطة برتون النواة( 207 Po e Bi 83 انبعاث بوز ترون 207 Po Bi e +1 البوزيترون Positron )أشعت بيتا الموجبت + β (ج سيم أولي ال يذخل في تكويه المادة العاديت ويعتبر الجسيم الم ضاد لإللكترون أو نقيض اإللكترون. وهو يتطابق مع اإللكترون في الصفاث والخصااص الفييياصيات فافاتف فيماا اذا الشانىت الكررباصيات إر ينمال الباوتيترون شانىت فررباصيت موجبت مساويت لشنىت اإللكترون والبوتيترون هو اختصار لكلمت Electron( )Positive 4

5 املعادالث النوو ت قواعد المعادالت النوو ة تختلف القواعد المتبعة لموازنة المعادالت النوو ة عن القواعد المتبعة لموازنة المعادالت الك م ائ ة العاد ة - 6 م ز كل جس م برمز علوي ش ر إلى الرقم الكتلى ورمز سفلى ش ر إلى الرقم الذرى أو شحنة النواة و وضع كل منهما على سار رمز الجس م - 0 البروتون الطل ق هو نواة ذرة اله دروج ن م ز بالرمز 1 H 1 أو 1 p 1-3 الرقم الذرى للن ترون الطل ق = صفر ألنه ال حمل شحنه والرقم الكتلى له = 6 وعلى هذا رمز للن ترون باالرمز, - م ز اإللكترون بان رقم كتلته = صفر ورقمه الذرى -6 و كتب بالرمز 1- e 0 1 n 0 هذا الرمز ال عطى لإللكترونات العاد ة الموجودة ف الترك ب المدارى العادي ولكنه فقط عطى لإللكترونات ذات السرعة العال ة المستخدمة إلحداث تصادمات مع النواة أو عطى لاللكترونات المنطلقة من نواة الذرة. - 1 جس مات ألفا { {عبارة عن نواة ذرة الهل وم و رمز لها بالرمز 4 He 2-1 ف المعادلة المتوازنة كون مجموع الرموز السفل ة }األرقام الذر ة } سواء المكتوب أو المذكور ضمنا على طرف المعادلة متساو ا.و كون مجموع الرموز العلو ة { األرقام الكتل ة{ أ ضا متساو ا. متار ن Ra Rn 86 + أ- أكمل المعادالت النوو ة اآلت ة Hg n N C P Pb Bi Pu Am Kr Kr Co Al S Co P P n 0 ب- أكمل المعادالت اآلت ة بتوض ح نواة العنصر الناتج ف كل حالة مستخدما الحرف }X{ ف كل مورة رموزا للعنصر الجد د 1-49 Cr e -1 5

6 2-126 I e Bi He Co n He 2 ج - أكتب المعادالت النوو ة النبعاث جس م الفا }استخدم الحرف} X {رمزا للعنصر الناتج ف كل حالة.{ Au Th 90 + د- أكتب النوو ة النبعاث جس م ب تا ف اآلت { استخدم الحرف { X } رمزا للعنصر الناتج ف كل حالة.{ 1-24 Na Sn 50 + سالسل النشاط االشعاعى ه مجموعة من التحوالت اإلشعاع ة تبدأ بنو دة نظ ر غ ر مستقر تؤدى ف نها تها إلى تكو ن نو دة مستقرة 226 مرورا بالراد وم Ra Pb U 92 أ }رصاص.} 208 Pb 82 توجد عدة سالسل طب ع ة للتحلل االشعاعى منها : - سلسلة ال وران وم راد وم: تبدأ بال وران وم لمعرفة تكو ن السلسلة ووزن المعادلة النوو ة نتبع الخطوات التال ة الخطوة االول )حساب الفرق ف الكتلة وتحو له ال جس مات الفا( وتنتهى بالرصاص 238 U Pb 82 إذن الفرق ف الكتلة = 233 2,6 = 32 إذن عدد جزئ ات الفا = 32 مقسوما عل = 4 3 جزئ ات الفا تصبح المعادلة 238 U Pb He 2 حساب الفرق ف العدد الذري )عدد البروتونات( الخطوة الثان ة ف الطرف األ سر = 42 والطرف األ من * 2 = 43 إذن الفرق ف الرقم الذري = 6 لذا تضاف 6 من جس مات ب تا للطرف األ من المعادلة المتوازنة تكون 238 U Pb He e -1 6

7 208 Pb 82 ب- سلسلة الثور وم : تبدأ بالثور وم 232 Th 90 الخطوة االول )حساب الفرق ف الكتلة وتحو له ال جس مات الفا( وتنته بالرصاص 232 Th Pb 82 الفرق ف الكتلة ,3 = 24 إذن عدد جزئ ات الفا = 24 مقسوما عل = 4 6 جزئ ات الفا تصبح المعادلة 232 Th Pb He 2 الخطوة الثان ة )حساب الفرق ف العدد الذري )عدد البروتونات( ف الطرف األ سر = 4, والطرف األ من * 2 = 44 إذن الفرق ف الرقم الذري 44-,4 = 4 لذا تضاف 4 من جس مات ب تا للطرف األ من المعادلة المتوازنة تصبح 232 Th Pb He e Pb 82 مرورا باالكتان وم 235 U 92 أكتان وم : ج - سلسلة ال وران وم تبدأ بال وران وم وتنتهى بالرصاص 227 Ac U Pb 82 الخطوة األول )حساب الفرق ف الكتلة وتحو له ال جس مات الفا( الفرق ف الكتلة ,2 = 23 إذن عدد جزئ ات الفا = 23 مقسوما عل = 4 2 جزئ ات الفا تصبح المعادلة 232 U Pb He 2 الخطوة الثان ة )حساب الفرق ف العدد الذري )عدد البروتونات( ف الطرف األ سر = 42 والطرف األ من * 2 = 46 إذن الفرق ف الرقم الذري = 4 لذا تضاف 4 من جس مات ب تا للطرف األ من المعادلة المتوازنة تصبح 232 U Pb He e -1 7

8 معدل التحلل اإلشعاع : سرعة التحلل اإلشعاع ال تتأثر بالعوامل الخارج ة. مكن ق اس معدل التحلل عمر النصف { ½ t } هو السمو الالزم لتحلل نصف العدد األصلي للهوى اإلشعاع بما سمى بعمر النصف خالل أربعة ثوان إذا كان عمر النصف لنظ ر الرادون Rn ثوان ذلك عنى أن أي كتلة منه حول نصفها إلى نظ ر آخر 219 Rn Po He 2 مثال : ع نة من نظ ر الرادون المشع كتلتها,7877 جرام كم تبقى منها بعد 60 ساوى, ثوان ثان ة اذا كان عمر النصف للراد ون الحل بعد, ثوان تتبقى,7877 جرام بعد, ثوان تتبقى جرام بعد 60 ثوان تتبقى جرام تم تع ن عمر النصف بعدد الجس مات المنبعثة من كتلة مع نة من العنصر. تتفاوت أعمار النصف من نظ ر ألخر فمنها ما هو طو ل جدا }مال ن السن ن } ومنها ما هو قص ر جدا }أجزاء من الثان ة } U Th He 2 أمثلة =},81 67X 0 سنة عمر النصف { ½ t At Bi He 2, - =} 3 67X ثان ة عمر النصف { ½ t عمر النصف = الزمه الكلي الكتلة املتبقية = الكلية الكتلة ن 2 عدد الفرتات )ن ) 8

9 متر ن, - ثان ة أوجد عمر النصف لهذه المادة 6/ مادة مشعة تبقى ربع كتلتها بعد 67X / مادة مشعة كتلتها 7, جرام تبقت منها 0.1 جرام بعد 01 وما. أحسب عمر النصف لهذه المادة / تحول نظ ر الثور وم إلى نظ ر الراد وم على حسب المعادلة النوو ة التال ة عمر النصف t½{ 67X 6.,6 =} 234 Th Ra He سنة كتلة من هذا النظ ر تزن 07 جرام احسب الكتلة التى تتبقى منها بعد مرور : 67X 0.,0 سنة X 1.1, سنة , نظ ر ما كتلته 30 جرام وعمر النصف لهذا النظ ر 07 ثان ة. ما كتلة هذا النظ ر : أ/ بعد مرور دق قة ب/ قبل مرور دق قة وثلث

10 التحوالث النوو ت االصطناع ت نجح العالم رزدفورد عام 1414 ف تحو ل النتروج ن إلى أكسج ن بتعر ض النتروج ن الشعة الفا 14 N He 17 2 O p 1 27 Al He 2 30 P n 0 كما مكن تحو ل االلمون وم الى فسفور ملحوظة ف أغلب األح ان كون الناتج ضئ ال نسبة لندرة التصادم الذي حدث ب ن جس مات ألفا ونواة الذرة المتفاعلة. الطاقت النوو ت صاحب النشاط االشعاعى انبعاث قدر كب ر من الطاقة الحرار ة.عند انبعاث أشعة ألفا من مول واحود مون نظ ور الراد ووم 226 Ra ك لو جول و مكن استخدام هذه الطاقة ف تول د الطاقة الكهرب ة. تنبعث طاقة حرار ة قدرها X4,1 3 االنشطار النووي اعتمدت فكورة القنبلوة النوو وة علوى إن نوواة نظ ور ال وران ووم 235 U 92 مكنهوا أن تموتص ن ترونوا وتنشوطر إلوى جزئ ن و كون مجموع كتل نواتج االنشطار أقل من كتلة المادة األول ة و تحول الفرق ف الكتلوة إلوى طاقوة مكون حسوابها بمعادلة ا نشتا ن E=MC 2 كون هائل جدا. ولما كانت سرعة الضوء C كب رة }X3,1 3 التفاعل املتسلسل يف االنشطار النووي متر ثان ة } كون مربعا..لذا فإن نواتج الطاقوة وواة ررة غير مستقرة نواة ذرة 238 U 92 اوشطار نيترون يتم امتصاصه بواسطت نواة ذرة 238 U U U 92 طافت مىبعثت ويترون يتم امتصاصه الحذاث اوشطار جذيذ وواتىان صغيرتان وتيجت اوشطار وواة ررة 235 U 92 وواة ررة غير مستقرة 10

11 عنوود امتصوواص النووواة ن ترونووا فإنهووا تنشووطر ونت جووة لعمل ووة االنشووطار تنووتج ن ترونووات أخوورى ووتم امتصوواها بواسطة نوى ذرات جد دة وتتواصل سلسولة االنشوطارات وتحودث انفجوارات هائلوة موع ارتفواع كب ور فو درجوات الحورارة حدث تدم را كب را. تقدر الطاقة الناتجة من االنفجار النووي بالم قا طن وهو كم ة الطاقة من انفجار مل ون طن من ال TNT { انشطار,5 ك لو جرام من ال وران وم 235 U 6/ المفاعل النووي : هو جهاز وتحو ل الطاقة الناتجة من انشطا رها عطى م قا طن من الطاقة{. ف دفع وتحر ك )التورب نات ) وه مولدات الت ار الكهربائ. 0/ تع ن أعمار الصخور: تطب قاث مف دة لظاهرة النشاط االشعاعى وتحكم فو االنشوطار النوووي لل وران ووم U وU والبلوتون ووم Po إلى طاقة حرار ة مكن أن تستخدم ف تحو ل الماء ال بخار تستخدم قووة اندفاعوه تم تع ن أعمار الصخور و اآلثار والمعوادن عون طر وق عمور النصوف وذلوك بحسواب كتلوة مع نوة مون الموادة وكتلة من المادة الناتجة من اإلشعاع رصاص. 206 U تحتوى على كتلة من المادة المشعة ) وران وم 238 U 3/ تع ن أعمار المواد العضو ة : تم ذلك بتتبع نظ ر الكربون المشع 14 C الوذي وتم امتصاصوه بواسوطة النبوات فو شوكل ثوان أكسو د الكربوون المستخدم ف عمل ة التمث ل الضوئ وعندما تتوقوف ح واة النبوات توقوف امتصواص النظ ور ف التناقص. بمعرفة كتلوة النظ ور المتبقو فو كتلوة مع نوة و عمور النصوف للنظ ور سنة. 14 C و بودأ 14 C 14 C مكون حسواب عمور المادة العضو ة منوذ توقوف ح اتهوا. ملحوظوة توم فعل وا تقود ر أعموار بقا وا نبات وة وح وان وة تصول إلوى,4 ألوف,/ االستخدامات الطب ة: أ/ استخدمت أشعة جاما ف معالجة األورام السرطان ة. ب/ ستخدم نظ ر الكوبالت ج/ استخدم نظ ر ال ود 131 I 60 Co المشع أو نظ ر الفسفور ف عالج سرطان الغدة الدرق ة. د/ اسوتخدمت النظوائر المشوعة فو تشوخ ص اإلموراض فموثال نظ ور التكن ت ووم مركبات فإنه تركز ف منواطق األورام الخب ثوة.ونظ ور الثوال وم 32 P ف عالج سرطان الدم اللوك م ا. 99 Tc 201 Tl عنود أخوذه فو صوورة وتم امتصاصوه فو عضوالت القلوب واألوع ة الدمو ة و مكن تحد د مناطق المرض بالصور ح ث ال تمتص مناطق المرض هذا النظ ر المشع. 11

12 أ) 1/ استخدامات البحث العلم : تستخدم نظائر التتبع ف معرفة الكث ر من العمل ات الت تتم داخل أجسام الكائنات الح ة.وقد قوام العوالم كوالفن باسوتخدام نظ ور الكربوون 14 C الكربون الداخل ف عمل ة التمث ل الضوئ على نظ ر التتبع فو دراسوة عمل وة التمث ول الضووئ والم كان ك وة التوى توتم بهوا ح وث حتووى ثوان أكسو د 14 C 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 جلوكوز الشهادة السودان ة ون و 0773 عرف الك م اء النوو ة - 6 اذكر أنواع اإلشعاعات التى تنبعث من الذرات. - 0 ماذا تسمى هذه الصور إذا كان Mعنصرا ما : M 1 2 M 1 3 M 1, - ب ن ماذا اذا رفعنا درجة الحرارة للتفاعل ن التال ن : ) تفاعل ك م ائ )ب( تفاعل نووي 1- زن المعادالت : Ra 88 Rn + 4 He S 16 + n P H Pb 82 Bi + 0 e -1 1-, جرامات من العنصر المشع M مضى عل ها ثالثة مال ن من السن ن. كم جرام بقى مشعا من Mبعد هذه المادة إذا علمت إن عمر النصف لهذا العنصر ساوى مل ون سنة. 0- أ ن تنته سلسلة ال وران وم راد وم مارس 0773 م - 6 أكمل العبارات التال ة: أ- أشعة ألفا { } مطابقة لنواة عنصر والذي رمز له ب ب- وصف أنشتا ن ف قانون مكافىء الكتلة بأن الجسم مكن إن تحول إلى بالعالقة ج - الرابطة الك م ائ ة ب ن الذرات ف الجزئ ات من الرابطة النوو ة. د- قاس معدل التحلل االشعاعى بما سمى وهو ه - عمر النصف لل ود 131 I ساوى ثمان ة أ ام. كم تبقى من ثمان ة جرام من ال ود بعد مرور أربع ن وما طارق علي صاحل