العناصر المشعة: أمثلة ومعنى العنصر والنظير

هوية العنصر تختلف عن هوية النظير

العدد الذري، ورمزه Z، هو عدد البروتونات في النواة. يتحدد به العنصر: كل نواة كوبالت تحتوي 27 بروتونًا. أما العدد الكتلي A فهو مجموع البروتونات والنيوترونات؛ هذا العد يختلف في معناه عن الكتلة الذرية المتوسطة المكتوبة في كثير من الجداول. ^[1][5]

يمكن لذرات العنصر نفسه أن تختلف في عدد النيوترونات، فتكون نظائر. لذلك يحدد اسم مثل «كوبالت 60» أكثر مما يحدده اسم «كوبالت» وحده. يبقى عدد البروتونات 27 في الكوبالت 59 والكوبالت 60، ويختلف مجموع الجسيمات النووية. ^[1][6]

والنشاط الإشعاعي وصف لتحول نواة غير مستقرة. ليس مجرد تغير لون المادة أو حالة ذوبانها؛ هذه ملاحظات لا تكفي للحكم على استقرار نويدة. ولا يعني التحول الأول بالضرورة أن جميع النوى الناتجة صارت مستقرة. ^[1]

أمثلة لعناصر لا تعرف لها نظائر مستقرة

جميع النظائر المعروفة لهذه العناصر غير مستقرة. تدعم صفحات الجمعية الملكية للكيمياء أمثلة التكنيشيوم والبروميثيوم، ويقرر مرجع OpenStax أن النظائر كلها للعناصر ذات عدد ذري أكبر من 83 غير مستقرة؛ اليورانيوم واحد منها. لا يقدم الجدول عددًا إجماليًا لكل النظائر المكتشفة. ^[1][2][3][4]

وتبين أمثلة التكنيشيوم والبروميثيوم أن عدم وجود نظير مستقر لا يقتصر على العناصر الثقيلة جدًا. أعدادهما الذرية أقل من 83، ومع ذلك لا يعرف لهما نظير مستقر. عدد البروتونات معلومة أساسية، لكنه ليس قاعدة منفردة تكفي لتقرير استقرار كل نواة. ^[2][3]

الكوبالت يوضح لماذا نحتاج اسم النظير

للكوبالت نظير مستقر هو الكوبالت 59، كما أن الكوبالت 60 نظير مشع. إذن وجود اسم العنصر في حديث عن مادة مشعة لا يجعل كل نظائره مشعة، ولا يلغي النظير المستقر. هذه المقارنة تتعلق بالاستقرار النووي، وليست مقارنة في الاستعمال أو الأمان. ^[5][6]

نحسب عدد النيوترونات من N=A−Z. للكوبالت 59: 59−27=32 نيوترونًا، وللكوبالت 60: 60−27=33. تغير عدد النيوترونات مع ثبات عدد البروتونات، فظل العنصر كوبالتًا في الحالتين.

يعرض الشكل الداخلي الموضعين في مخطط جزئي: الصف يحدد عدد البروتونات، والعمود يحدد عدد النيوترونات. لا تعني الخانات غير المعلَّمة عدم وجود نويدات أخرى، ولا تمثل المسافة بين الخانتين إجراء لتحويل أحد النظيرين إلى الآخر.

الاستقرار النووي لا يقرأ من قاعدة حسابية واحدة

الطرح A−Z يحدد عدد النيوترونات إذا عرفت العددين، لكنه لا يثبت وحده الاستقرار أو عمر النصف. نرجع لهذه المعلومات إلى بيانات النظير، ولا نفترض أن زيادة نيوترون واحد تجعل كل نواة مشعة في جميع العناصر.

ويتناول استقرار النواة توازنًا يتغير بين النظائر والعناصر. يشرح OpenStax أن العلاقة بين البروتونات والنيوترونات تتغير عبر منطقة الاستقرار؛ ليس العددان متساويين في جميع النوى المستقرة. ولا يصلح نموذج مبسط لذرة واحدة ليكون قانونًا عامًا لكل الجدول. ^[1]

أسماء الأمثلة هنا لا تتطلب حساب النشاط أو الزمن. ولهذا نحدد هوية النويدة أولًا، ولا نحول الجدول إلى أرقام متفرقة عن أعمار النصف أو إلى توقع عن عينة لم نعرف مكوناتها.

كيف نقرأ قائمة للعناصر المشعة؟

اسأل أولًا هل القائمة تحصر عناصر لا تعرف لها نظائر مستقرة، أم تذكر نظائر مشعة يمكن أن تنتمي إلى عناصر ذات نظائر مستقرة أيضًا. هذا السؤال يمنع خلط اسم العنصر بهوية عينة محددة.

ثم راجع الرمز والعدد الذري والعدد الكتلي معًا. في ⁶⁰Co يدل Co على الكوبالت، ويحدد 60 مجموع البروتونات والنيوترونات. أما عدد البروتونات 27 فيؤخذ من هوية العنصر؛ ليس كل رقم بجوار الرمز عددًا ذريًا.

وأخيرًا، افصل بيانات النويدة عن وصف المادة التي تحتويها. الجدول التعليمي يشرح الأسماء والأعداد، ولا يحدد تركيب عينة واقعية أو نشاطها، ولا يقدم تعليمات للتعامل مع مواد مشعة.