النظائر صور للعنصر نفسه تتساوى في عدد بروتونات النواة، وتختلف في عدد النيوترونات. لذلك يبقى العدد الذري واحدًا، بينما يختلف العدد الكتلي. كلمة «نظير» تتعلق بتركيب النواة، ولا تعني تلقائيًا أن الذرة مشحونة أو أن النظير مشع. [1]
لماذا تبقى من العنصر نفسه؟
عدد البروتونات يحدد العنصر. الكربون له ستة بروتونات؛ لو أصبحت النواة تحمل سبعة بروتونات فإنها أصبحت نواة نيتروجين. أما إضافة نيوترون مع بقاء الستة فلا تغير العنصر، بل تغير نظيره. [1]
يساوي العدد الكتلي مجموع البروتونات والنيوترونات. ولهذا يكفي طرح العدد الذري من العدد الكتلي لإيجاد عدد النيوترونات: N = A − Z. هذه علاقة عد لجسيمات النواة، وليست طريقة لقياس الكتلة الدقيقة بالغرام.
الكربون مثال واضح
| النظير | البروتونات | النيوترونات | العدد الكتلي |
|---|---|---|---|
| الكربون-12 | 6 | 6 | 12 |
| الكربون-13 | 6 | 7 | 13 |
| الكربون-14 | 6 | 8 | 14 |
تتغير الخانة الخاصة بالنيوترونات، وتبقى خانة البروتونات ستة. وفي ذرات الكربون المتعادلة يكون عدد الإلكترونات ستة أيضًا. لكن التعادل ليس جزءًا من تعريف النظير؛ يمكن أن نتحدث عن أيون ينتمي إلى نظير معين. [2]
هل كل النظائر مشعة؟
لا. توجد نظائر مستقرة، وتوجد نظائر نواها غير مستقرة تتحول باضمحلال إشعاعي. الكربون-12 مستقر، والكربون-14 مشع. إذن معرفة أن ذرتين نظيران لا تكفي وحدها للحكم على الاستقرار. [1]
كذلك لا يكفي النظر إلى العدد الكتلي الأكبر ثم القول إنه مشع. يحتاج الحكم إلى بيانات الاستقرار النووي لذلك النظير تحديدًا. يستعمل العلماء النظائر في تتبع المواد وفهم تاريخها وتركيبها، ويختارون النظير بحسب الخاصية المطلوبة من القياس.
ما الفرق بين النظير والأيون؟
قارن عدد البروتونات أولًا للتأكد من العنصر. ثم انظر إلى النيوترونات لتحديد النظير، وإلى ميزان الإلكترونات والبروتونات لتحديد الشحنة. تختلف النظائر في النيوترونات، بينما تصف كلمة «أيون» وجود شحنة صافية.
في تمرين تصوري: جسيم من الكربون له 6 بروتونات و 8 نيوترونات و 6 إلكترونات هو كربون-14 متعادل. ولو صار له 5 إلكترونات مع ثبات النواة، بقي كربون-14 وأصبحت شحنته+1. هذا تمرين لقراءة الأعداد، وليس وصفًا لوفرة هذا الأيون في عينة طبيعية.
لماذا تظهر كتلة عشرية في الجدول الدوري؟
قد تضم العينة الطبيعية أكثر من نظير للعنصر. قيمة الكتلة الذرية المعروضة تكون متوسطًا موزونًا لكتل النظائر بحسب نسبها في العينة المرجعية. لذلك يمكن أن تكون عشرية، ولا تمثل بالضرورة العدد الكتلي لنظير واحد. [2]
ولا نأخذ هذا المتوسط ثم نقربه لاستنتاج عدد نيوترونات أي ذرة تختارها. السؤال الصحيح هو: أي نظير نتحدث عنه؟ بعد معرفة عدده الكتلي، نطرح عدد البروتونات. وللكتلة الفعلية للنظير قياس مستقل؛ العدد الكتلي عدد صحيح للجسيمات، لا كتلة دقيقة بحد ذاته.
المصادر ومتابعة القراءة
- وزارة الطاقة الأمريكية: تعريف النظائر والكربون المستقر والمشع (يفتح في نافذة جديدة)energy.gov
- OpenStax: رموز النظائر وأعداد الجسيمات ومتوسط الكتلة (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.