النظائر : تعريفها .. أنواعها .. وأمثلة عليها

النظائر هي ذرات لنفس العنصر الكيميائي، ولكنها تختلف في عدد النيوترونات الموجودة في النواة، بينما تظل أعداد البروتونات ثابتة. يمكن تصنيف النظائر إلى عدة أنواع بناءً على استقرارها وخصائصها. إليك أنواع النظائر بالتفصيل:

النّظائر المستقرة: هي تلك التي لا تخضع للتحلل الإشعاعي بمرور الوقت. بعبارة أخرى، هذه النظائر تظل ثابتة ولا تتحول إلى عناصر أخرى. معظم العناصر الكيميائية الطبيعية تحتوي على نظائر مستقرة.

أمثلة:

• كربون-12 (C-12): يحتوي على 6 بروتونات و6 نيوترونات.
• أكسجين-16 (O-16): يحتوي على 8 بروتونات و8 نيوترونات.
• حديد-56 (Fe-56): يحتوي على 26 بروتونًا و30 نيوترونًا.

النظائر غير المستقرة: أو النظائر المشعة، هي تلك التي تحتوي على نسبة غير متوازنة من البروتونات والنيوترونات، مما يؤدي إلى انبعاث إشعاعات نووية أثناء تحللها إلى نظائر أخرى أو عناصر أخرى. هذه النظائر تخضع لتحلل إشعاعي على مدى فترة زمنية معينة.

أمثلة:

• كربون-14 (C-14): يتحلل إلى نيتروجين-14 ويستخدم في تأريخ الكربون.
• يورانيوم-235 (U-235): يتحلل عبر سلسلة من التحولات الإشعاعية إلى رصاص-207.
• راديوم-226 (Ra-226): يتحلل إلى رادون-222 عبر انبعاث جسيمات ألفا.

النظائر الأولية: هي النظائر التي كانت موجودة منذ تكوين النظام الشمسي. هذه النظائر يمكن أن تكون مستقرة أو مشعة ذات عمر نصف طويل بما يكفي لتظل موجودة حتى اليوم.

أمثلة:

• يورانيوم-238 (U-238): نظير مشع أولي يتحلل ببطء إلى رصاص-206.
• تورانيوم-232 (Th-232): نظير مشع أولي يتحلل إلى رصاص-208.

النظائر الثانوية: هي النظائر التي تتكون نتيجة لتحلل النظائر الأولية أو عبر تفاعلات نووية طبيعية أو اصطناعية.

أمثلة:

• راديوم-226 (Ra-226): يتكون من تحلل اليورانيوم-238.
• كربون-14 (C-14): يتكون في الغلاف الجوي نتيجة لتفاعل النيوترونات الكونية مع النيتروجين.

 النّظائر المستحدثة (النظائر الاصطناعية): هذه النظائر تُصنع في المختبرات أو المفاعلات النووية ولا توجد بشكل طبيعي على الأرض. تُنتج هذه النظائر عبر قذف النوى الذرية بجسيمات أخرى (مثل البروتونات أو النيوترونات) في المفاعلات النووية أو مسرعات الجسيمات.أمثلة:

• التكنيشيوم-99m (Tc-99m): يستخدم على نطاق واسع في الطب النووي كعامل تصوير.
• الكوبالت-60 (Co-60): يستخدم في العلاج الإشعاعي وفي تعقيم المعدات الطبية.

النظائر المتساوية (Isobars): إن النظائر المتساوية هي نظائر لعنصرين مختلفين ولكنها تحتوي على نفس العدد الكتلي (مجموع البروتونات والنيوترونات)، لكن بأعداد مختلفة من البروتونات، مثل: كربون-14 (C-14) و نيتروجين-14 (N-14): كلاهما يحتوي على 14 نيوكليون (بروتونات + نيوترونات) لكن بأعداد بروتونات مختلفة.

النّظائر المزدوجة (Isotones): النظائر المزدوجة هي نظائر لعناصر مختلفة تحتوي على نفس عدد النيوترونات، ولكن بأعداد مختلفة من البروتونات، مثل: كربون-13 (C-13) و نتروجين-14 (N-14): كلاهما يحتوي على 7 نيوترونات ولكن بأعداد مختلفة من البروتونات.

إن النظائر تلعب دورًا هامًا في العديد من المجالات بما في ذلك الطب، الفيزياء النووية، والكيمياء. تصنيفها إلى مستقرة وغير مستقرة، وكذلك وجود النظائر الأولية والثانوية، يعكس تعقيد وتنوع النظائر في الطبيعة وفي التطبيقات العلمية. سواء كانت النظائر مستقرة وتستخدم في البحث العلمي، أو مشعة وتستخدم في التطبيقات الطبية والصناعية، فإن فهم خصائصها واستخداماتها هو مفتاح للاستفادة من إمكاناتها الكاملة.

النظائر هي ذرات لنفس العنصر الكيميائي، ولكنها تختلف في عدد النيوترونات داخل النواة. على سبيل المثال:

• الهيدروجين (H):
• • بروتيوم: النظير الأكثر شيوعًا للهيدروجين، يحتوي على بروتون واحد ولا يحتوي على نيوترونات.
  • ديوتيريوم: يحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد.
  • تريتيوم: يحتوي على بروتون واحد ونيوترونين.
• الكربون (C):
  • كربون-12: يحتوي على 6 بروتونات و6 نيوترونات (النظير الأكثر شيوعًا).
  • كربون-13: يحتوي على 6 بروتونات و7 نيوترونات.
  • كربون-14: يحتوي على 6 بروتونات و8 نيوترونات (يستخدم في تأريخ الكربون).
• اليورانيوم (U):
  • يورانيوم-235: يحتوي على 92 بروتونًا و143 نيوترونًا.
  • يورانيوم-238: يحتوي على 92 بروتونًا و146 نيوترونًا (النظير الأكثر شيوعًا).

أمثلة على العناصر التي ليس لها نظائر

• فلورين (F).
• الذهب (Au).
• الألمنيوم (Al).

العناصر التي ليس لها نظائر هي تلك التي تتكون من نوع واحد فقط من الذرات، أي أن جميع ذرات هذا العنصر تحتوي على نفس عدد البروتونات والنيوترونات. من الأمثلة:

فلورين (F): يحتوي الفلور على نظير واحد ثابت وهو فلور-19، الذي يحتوي على 9 بروتونات و10 نيوترونات.

الذهب (Au): يحتوي الذهب على نظير واحد ثابت وهو ذهب-197، الذي يحتوي على 79 بروتونًا و118 نيوترونًا.

الألمنيوم (Al): يحتوي الألمنيوم على نظير واحد ثابت وهو ألمنيوم-27، الذي يحتوي على 13 بروتونًا و14 نيوترونًا.

في المجمل، معظم العناصر الكيميائية تحتوي على نظائر متعددة، ولكن بعض العناصر تحتوي على نظير واحد ثابت، وهذا يعني أن جميع ذرات هذا العنصر لها نفس التكوين النووي.

حقائق عن النظائر

النظائر هي عناصر كيميائية أعدادها الذرية متماثلة، بينما عددها الكتلي مختلف، بمعنى أن عدد إلكتروناتها وبروتوناتها متساوي، بينما عدد نيوتروناتها مختلف، تختلف بالخصائص الكيميائية، وتتماثل بالخصائص الفيزيائية،  وفيما يلي مجموعة من الحقائق عن النّظائر:

•  كافة العناصر الكيميائية لها نظائر.
• يبلغ عدد النظائر الكيميائية المعروفة 254 نظير.
• هناك نوعين أساسيين للنظائر، وهي: النظائر المستقرة، والنظائر غير المستقرة (المشعة).
• كل النظائر الصناعية التي يتم صناعتها في المختبر من النظائر غير المستقرة أي أنها مشعة، ومن هنا جاءت تسمية العلماء لها بالنظائر المشعة.
• الهيدروجين هو العنصر الوحيد الذي تحمل نظائره أسماء مختلفة، وهي: الديوتيريوم للهيدروجين يتميز أن لديه نيوترون واحد، والتريتيوم للهيدروجين يتميز أن لديه نيوترونين. [1]

معلومات عن النظائر

• أنواع النظائر هي: النظائر المستقرة، والنّظائر غير المستقرة أي المشعة.
• النظائر المستقرة هي النظائر التي لا تتحلل إشعاعياً، ويطلق عليها اسم النويدات المستقرة أو النظائر المستقرة، بينما النظائر غير المستقرة تتحلل إشعاعياً، ويطلق عليها اسم النظائر المشعة أو النويدات المشعة.
• بشكل عام النظائر الكيميائية هي عناصر تتماثل بالعدد الذري حيث أنها تتماثل بعدد البروتونات في النواة، مما جعل منها عناصر تمتلك خصائص كيميائية متماثلة، إلا أنها تختلف بالعدد الكتلي حيث تختلف بعدد النيوترونات في النواة، لذلك فهي تمتلك خصائص فيزيائية مختلفة تميزها عن بعضها البعض.
• فكتل النظائر الكيميائية للعنصر الكيميائي غالباً ما تكون متفاوتة، كما أن درجة الانصهار والغليان والتجمد للنظائر تختلف عن بعضها البعض غالباً، ولكل عنصر كيميائي عدد من النظائر المختلفة، ويلجأ العلماء لاستخدام للنظائر الكيميائية عادةً عند الرغبة في معرفة عمر المستحاثات الأثرية وهويتها، أو التشخيص الطبي، وعلاج بعض الأمراض. [2]