مملكة الحياة

اهلا ومرحبا بك زائرنا الكريم
نتشرف بدعوة سيادتكم بالتسجيل فى منتدانا

انضم إلى المنتدى ، فالأمر سريع وسهل

مملكة الحياة

اهلا ومرحبا بك زائرنا الكريم
نتشرف بدعوة سيادتكم بالتسجيل فى منتدانا

مملكة الحياة

هل تريد التفاعل مع هذه المساهمة؟ كل ما عليك هو إنشاء حساب جديد ببضع خطوات أو تسجيل الدخول للمتابعة.

برامج-افلام-العاب-رياضة-سياسة-اقتصاد-دورات برمجةوICDLعربى وانجليزى-تعليم لغات


2 مشترك

    الكيمياء النووية

    محمود بيبرس
    محمود بيبرس


    المساهمات : 5
    تاريخ التسجيل : 21/11/2010
    العمر : 37

    الكيمياء النووية Empty الكيمياء النووية

    مُساهمة من طرف محمود بيبرس الأحد 21 نوفمبر 2010, 10:53 pm

    [b][right]دا اول موضوع ليا وحبيت انه يكون معلوماتعن حاجات اسرارها كتير مفيد
    ونبتدى باكيمياء النووية








    تعتبر الكيمياء النووية من أحد أهم فروع الكيمياء وأيضا من العلوم الحديثة
    فاتجاه العالم الآن الى الطاقة النووية يعطي للكيمياء النووية مزيدا من الأهمية
    ومن المعروف أن التفاعل النووي يحدث بطريقتين إما أن تكون بانقسام النواة أو باندماج نواتين مع بعضهما وكلا الطريقتين تنتج طاقة هااااائلة جدا
    ولكن طريقة انقسام النواة تنتج طاقة أكبر من الطريقة الثانية
    إن معنى التفاعل النووي ببساطة هو تحوّل جزء صغير من المادة الى طاقة هائله جدا فلو حوّلنا 7جرامات من اليورانيوم الى طاقة لاستطاعت هذه الطاقة أن تسيّر أكبر ناقلة نفط في العالم حول الأرض سبع مرات
    كما أن تحوّل جرام واحد من أي عنصر الى طاقة لعادلت هذه الطاقة ما ينتجه حرق 1000 كيلو جرام من الفحم من طاقة . ولذلك لا عجب أن تستخدم الصواريخ المنطلقة الى الفضاء الوقود النووي .

    يهتم الكيميائيون كثيراً بالتفاعلات الكيميائية Chemical reactions والتي تشمل في الغالب انتقال الإلكترونات من مادة
    لأخرى أو من عنصر لآخر ، ويولون اهتماماً أقل بالتفاعلات النووية Nuclear reactions والتي تشرك فيها الذرة نواتها في التفاعل.

    إلا أن الآونه الأخيره شهدت اهتماماً أكبر من قبلهم بالتفاعلات النووية نظراً لاستخدامها في كثير من المجالات كاستخدام
    الطاقة الهائلة الناتجة عن التفاعلات النووية في توليد الطاقة الكهربائية ، وفي تسيير الغواصات والسفن والمركبات الفضائية، واستخدام العناصر المشعة في وخصوصاً في علاج مرض السرطان ، واستخدام النظائر المشعة في تقدير أعمار الصخور والأحافير ، واستخدامها أيضا ً في تحديد آلية التفاعلات الكيميائية ، وغيرها الكثير من المجالات.

    وعلى الرغم من تلك الاستخدامات الرائعة للتفاعلات النووية ، إلا أن لها وجهاً آخر أسود ، يسيء به دائما ً لسمعة التفاعلات النووية وهي بالتأكيد الأسلحة النووية والتي راح ضحيتها الآف الضحايا في هيروشيما وناغازاكي ، ولا يزال للآن يعاني أهلها جراء ذلك .

    تعال معي الآن لنتعرف على كيفية حدوث التفاعل النووي ، ومصدر الطاقة الهائل فيه ، وكيف يمكن استغلالها في الوجهين السلمي والعسكري وغيرها من الموضوعات .


    التفاعل النووي Nuclear reaction
    تعودنا في دروس الكيمياء أن نتعامل مع التفاعل الكيميائي.
    ولكن ماذا عن التفاعل النووي وبماذا يختلف عن التفاعل الكيميائي ؟

    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 .

    لاحظ ذلك من خلال تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء :

    لاحظ 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.

    أما التفاعل النووي فيتضمن تغيراً في نواة الذرة ، وينتج عنه تكون عناصر جديدة ، كما تنتج عنه كمية عالية جدا ً من الطاقة.

    لاحظ ذلك من خلال التفاعل النووي التالي :
    لاحظ أن التفاعل السابق قد تضمن تحول عنصر الراديوم ( Ra ) إلى عنصر جديد هو الرادون ( Rn ) ، وظهر مع النواتج عنصر ثان هو الهيليوم ( He ) .


    النظائر Isotopes

    تختلف العناصر فيما بينها في العدد الذري ( عدد البروتونات ) إلا أن هنالك عناصر تتشابه في العدد الذري وتختلف فيما بينها في العدد الكتلي وتعرف هذه العناصر بالنظائر.
    وتعني كلمة نظير ( المكان نفسه ) أي أن لها نفس المكان في الجدول الدوري ، إذ أنها لا تختلف فيما بينها في العدد الذري.
    وعادة ً ما يتم التعبيرعن النظائر بدلالة كتلها الذرية ، لأن أعدادها الذرية ثابتة .

    مثال 1 :
    للهيدروجين ( العدد الذري للهيدروجين = 1 ) ثلاثة نظائر مشهورة ، تشترك جميعها في احتوائها على نفس العدد من البروتونات (العدد الذري) . وتختلف فيما بينها في عدد النيوترونات (العدد الكتلي) .
    يسمى كل نظير نسبة إلى عدده الكتلي :
    ـ يسمى النظير الأول للهيدروجين ( هيدروجين - 1 ) .
    ـ يسمى النظير الثاني للهيدروجين ( هيدروجين - 2 ) أو الديوتيريوم .
    ـ يسمى النظير الثالث للهيدروجين ( هيدروجين - 3 ) أو التريتيوم .


    نظائر الهيدروجين




    ظاهرة النشاط الإشعاعي Radioactivity

    هنري بيكريل
    1852 - 1908 م اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي

    في الأول من مارس (آذار) عام 1896 كان العالم الفرنسي هنري بيكريل يدرس خصائص بعض المعادن ، وكان مهتماً بالتحديد بدراسة قابليتها على عكس الضوء المرئي عند تعرضها لضوء الشمس ، ومن بين تلك المعادن عينة من خام اليورانيوم .

    وبمحض الصدفة لاحظ بيكريل انبعاث أشعة غير مرئية من خام اليورانيوم دون أن يتعرض لأشعة الشمس ، وقد أثرت هذه الأشعة بشكل غير متوقع على فلم فوتوغرافي بنفس الطريقة
    التي يؤثر فيها الضوء المرئي على الفلم الفوتوغرافي .

    أما الصدفة التي أدت إلى هذا الكشف فقد كانت عندما تعرض فلم فوتوغرافي موضوع في أحد أدراج مكتب بيكريل للأشعة غير المرئية الناتجة عن أحد أملاح اليورانيوم الموضوع صدفة في الدرج نفسه ، وعند تظهير الفلم بعد أربعة أيام لاحظ ظهور صورة مفتاح على الفلم ، وقد كان المفتاح موضوع أصلاً على صفيحة الفلم الفوتوغرافي .

    الفلم بعد أن قام بيكريل بتظهيره

    سميت ظاهرة إطلاق العناصر لأشعة غير مرئية بظاهرة النشاط الإشعاعي .
    تعرف اليوم ظاهرة النشاط الشعاعي بأنها ظاهرة الانبعاث التلقائي للدقائق أو الطاقة من أنوية الذرات المشعة.
    وقد قاد اكتشاف بيكوريل إلى بدايات النظرية الذرية الحديثة ، وإلى اكتشاف عناصر جديدة .



    العناصر المشعة Radioactive Element

    اكتشاف الراديوم

    ماري كوري
    1867- 1934 اهتم كل من بيير كوري Pierre Curie وزوجته ماري كوري Marie Curie بدراسة خصائص اليورانيوم وخاماته ، وقد تبين لهما أن جميع خامات اليورانيوم تظهر نشاطاً إشعاعياً متوسطاً باستثناء أحد الخامات والمعروف بإسم خام البتشبلند المستخرج من بوهيميا ، وقد أظهر هذا الخام نشاطاً إشعاعياً يفوق الخامات الأخرى بأربع مرات .

    بيير كوري
    1859- 1906 في عام 1898 اكتشف الزوجين كوري عنصرين مشعين جديدين في خام البتشبلند أسموهما البلوتونيوم والراديوم ، ووجودهما في الخام هو سبب زيادة النشاط الإشعاعي للخام .

    عزل الزوجين مليغرامات قليلة من كلوريد الراديوم RaCl2 ، وقد تطلبت عملية عزل تلك الكمية الضئيلة أكثر من 10.000 عملية بلورة وإعادة بلورة .
    وللراديوم نشاط إشعاعي يزيد عن النشاط الإشعاعي لليورانيوم بنحو 1.000.000 مرة ، ولم يتسنى لمدام كوري عزل عنصر الراديوم بشكل نقي إلا عام 1910 . استحق الزوجين كوري جائزة نوبل في الفيزياء بالمشاركة مع بيكريل عام 1903 لدورهما في النشاط الإشعاعي .

    مصدر الراديوم
    يوجد الراديوم في خامات اليورانيوم بنسبة لا تزيد عن جزء إلى 3.000.000 جزء من اليورانيوم ، وتتطلب عملية استخلاصه جهداً مضنياً ، وتستخرج خاماته من أوروبا وأفريقيا وشمال كندا .
    يوجد الراديوم في خاماته على شكل كلوريد وبروميد وكربونات الراديوم ، وهو مشع بشكله الحر أو على شكل مركبات .



    سلاسل النشاط الإشعاعي Radioactive Series

    جميع العناصر المشعة تنتمي إلى واحدة من ثلاث سلاسل تسمى كل واحدة منها سلسلة النشاط الإشعاعي ، تبدأ السلسلة الأولى بنظير اليورانيوم (238) ، والثانية بنظير اليورانيوم (235) ، بينما تبدأ الثالثة بنظير الثوريوم (232) ، وتوضح هذه السلاسل مراحل تحلل العنصر المشع.
    الشكل الآتي يوضح سلسلة تحلل اليورانيوم (238) إلى رصاص (206) :
    العدد الكتلي

    العدد الذري
    سلسلة تحلل اليورانيوم (238) الى رصاص (206) .



    طاقة الربط النووي Binding Energy
    تتكون نواة الهيليوم من بروتونين ونيوترونين ، ويمكن القول بأن :


    تبلغ كتلة نواة الهيليوم 4.0015 وحدة كتلة ذرية .
    تبلغ كتلة البروتون 1.0073 وحدة كتلة ذرية .
    تبلغ كتلة النيوترون 1.0087 وحدة كتلة ذرية .

    وبما أن نواة الهيليوم تتألف من بروتونين ونيوترونين ، لذا يمكن حساب كتلة نواة الهيليوم على النحو التالي:
    كتلة بروتونين = 2 × 1.0073 كتلة نيوترونين = 2 × 1.0087
    كتلة بروتونين = 2.0146 كتلة نيوترونين = 2.0174

    مجموع كتل البروتونات والنيوترونات = 2.0146 + 2.0174
    = 4.0320 وحدة كتلة ذرية
    وبمقارنة كتلة الهيليوم الفعلية بمجموع كتل مكونات نواتها يلاحظ أن هنالك فرقاً في الكتلة :


    يبلغ الفرق في الكتلة بين نواة الهيليوم الفعلية ومجموع مكوناتها 0.0305 وحدة كتلة ذرية ، ويتول هذا الفرق في الكتلة طبقاً لمعادلة أينشتاين ط = ك س2 إلى طاقة ، تتحرر عندما تتكون نواة الهيليوم وتدعى هذه الطاقة بطاقة الربط النووي .
    طاقة الربط النووي : الطاقة المتحررة عند تكون أنوية الذرات من اتحاد مكوناتها




    سرعة التحلل الإشعاعي Rate of Radioactive Decay

    تتحلل أنوية العناصر غير المستقرة بسرعات مختلفة ، فبعضها يحتاج لملايين السنين لكي يتحلل ، والبعض الآخر بحاجة لثوان لفعل ذلك.
    تسمى الفترة الزمنية اللازمة لتحويل كتلة معينة من العنصر غير المستقر إلى نصف تلك الكتلة بعمر النصف
    (half – life ) ويرمز لها بالرمز ( t 1/2 ) .
    ولكل نظير غير مستقر عمر نصف محدد خاص به ، فعلى سبيل المثال يبلغ عمر النصف للبزموث (214) (20) دقيقة
    ( t 1/2 = 20 mi ) ، وهذا يعني أنه لو بدأنا بـ (10) غرام من البزموث ، سيبقى (5) غرام منه بعد مرور (20) دقيقة ، ونحتاج لـ (20) دقيقة أخرى لتحويل الـ (5) غرام من البزموث إلى (2.5) غرام ... وهكذا .

    ولملاحظة سرعة كل خطوة والدقائق والأشعة التي تنتج من كل خطوة من خطوات سلسلة النشاط الإشعاعي ، انظر للمخطط التالي :


    الزمن المعطى بين الخطوات يمثل فترة نصف العمر :
    s : ثانية mi : دقيقة d : يوم m : شهر Y : سنة




    أنواع التفاعلات النووية Types of Nuclear Reactions

    يمكن تقسيم التفاعلات النووية الى أربعة أقسام وهي :
    1. التحلل النووي التلقائي Radioactive decomposition .
    2. التفاعل النووي غير التلقائي Nuclear disintegration .
    3. الانشطار النووي Nuclear fission .
    4. الاندماج النووي Nuclear fusion .

    1. التحلل النووي التلقائي .
    تتحلل أنوية العناصر الثقيلة غير المستقرة تلقائياً إلى أنوية أخف وأكثر استقراراً ، ويصدر عنها دقائق ألفا أو بيتا أو أشعة غاما.
    أمثلة :
    ـ تحول نظير اليورانيوم تلقائياً إلى نظير الثوريوم وانطلاق دقيقة ألفا :



    ـ تحول نظير الثوريوم تلقائياً إلى نظير البروتاكتينيوم وانطلاق دقيقة بيتا :






    المفاعلات النووية Nuclear Reactors

    المفاعل النووي جهاز يستخدم للتحكم بالتفاعل النووي المتسلسل ويستخدم للحصول على الطاقة ولتحضير النظائر لعناصر جديدة.

    أجزاء المفاعل النووي
    يتألف المفاعل النووي من الأجزاء الرئيسة التالية :
    أولاً : الوقود النووي
    ويستخدم اليورانيوم الطبيعي في أغلب الأحيان كوقود في المفاعلات النووية على شكل اسطوانت صغيرة ، وفي بعض المفاعلات يستخدم اليورانيوم الطبيعي الغني باليورانيم – 235 ، ويتم الحصول على الطاقة بانشطار اليورانيوم – 235 أو انشطار البلوتونيوم الناتج من اليورانيوم – 238 في اليورانيوم الطبيعي ، ويوضع الوقود النووي في حيز يسمى قلب المفاعل النووي .

    ثانياً : المهديء
    وهي المواد التي تعمل على إبطاء النيوترونات السريعة ، وتكون عادة من الغرافيت ، ويمكن استخدام الماء العادي أو الماء الثقيل كمهديء .


    ثالثاً : قضبان التحكم
    وتتألف من قضبان من البورون أو الكادميوم أو الكوبالت ، لقابليتها على امتصاص النيوترونات ، وبذلك يمكن التحكم بسير التفاعل .
    يتم التحكم بشدة التفاعل النووي عن طريق قضبان التحكم ، فعندما نرغب بتقليل سرعة الانشطار النووي يتم انزال قضبان التحكم بهدف امتصاص النيوترونات فتقل سرعة التفاعل ، وترفع القضبان عندما نرغب بزيادة سرعة التفاعل .


    فصل نظائر اليورانيوم

    تعتمد شدة التفاعل النووي المتسلسل على نسبة اليورانيوم – 235 في الوقود النووي ، فكلما زادت نسبته كانت كمية الطاقة الناتجة أعلى ، ومن هنا تكمن الحاجة لفصل نظائر اليورانيوم عن بعضها للحصول على يورانيوم – 235 أنقى .

    ومن الصعب فصل نظائر اليورانيوم عن بعضها بطرق كيميائية لأن نظائر العنصر الواحد متشابهه في السلوك الكيميائي ، إلا أن اختلاف النظائر في السلوك الفيزيائي يسهل علينا فصلها عن بعضها ، فالنظيرين يورانيوم – 235 ، ويورانيوم – 238 يختلفان عن بعضهما في الكتلة.

    العلماء الذين عملوا على صناعة القنبلة النووية اكتشفوا العديد من الطرق لفصل نظائر اليورانيوم ، واحدى تلك الطرق طريقة الإنتشار الغازي والتي تعتمد على الاختلاف البسيط في الانتشار خلال غشاء شبه منفذ بين سادس فلوريد اليورانيوم – 235 i92U235F6 وسادس فلوريد اليورانيوم – 238 i92U238F6 مما يؤدي إلى اتخاذ كل منهما مسارين مختلفين عند التأثير عليهما بمجال كهرمغناطيسي مما يؤدي إلى فصلهما.




    تطبيقات التفاعلات النووية Applications of Nuclear Reactions

    أولا ً : توليد الطاقة الكهربائية


    المفاعل النووي

    تمثل التفاعلات النووية مصدرا ً مهما ً للطاقة ، ففي الولايات المتحدة الأمريكية ، فمثلا ً تشكل الطاقة الكهربائية التي يتم الحصول عليها من الطاقة النووية 20% من مجمل الطاقة الكهربائية في البلاد.




    التأثير الحيوي الإشعاعي

    تتعرض أجسامنا بشكل يومي للأشعة من مصدريها الطبيعي والصناعي ، فعلى سبيل المثال تتعرض أجسامنا للأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة المرئية الصادرة عن الشمس وأمواج الراديو والتلفزيون الصادرة عن محطات البث الإذاعي والتلفزيوني والأشعة السينية ( أشعة X ) الصادرة عن الإجراءات الطبية المختلفة ، كما أن أجسامنا تتعرض لأشعة مصدرها التربة ، وجميع هذه المصادر وغيرها من مصادر الإشعاع تصدر طاقة تؤثر في خصائص المادة المستلمة لتلك الإشعاعات .
    وعندما تمتص المادة الإشعاع تؤدي طاقتها إلى تهييج أو تأيين المادة .
    يحدث التهيج عند انتقال الإلكترونات إلى مستوى طاقة أعلى أو عند زيادة حركة الجزيئات أو ارغامه على التحرك أو الدوران أو الاهتزاز ، أما التأين فيحدث عندما تعمل طاقة الإشعاع على إزالة الكترون من الذرات أو الجزيئات .

    وبشكل عام تسمى الأشعة التي تعمل على تأيين الذرات أو الجزيئات بالأشعة المؤينة Ionizing radiation ، وهي من أكثر أنواع الأشعة تأثيراً على الأنظمة الحيوية كأنسجة جسم الإنسان فتعمل على تأيينها .

    معظم الأنسجة الحية تحتوي على 70% ماء بالكتلة ، وعند تعرضها للإشعاع فإن الماء فيها يتأين ، ومن الشائع تعريف الأشعة المؤينة على أنها الأشعة التي تؤين الماء ، وتتطلب هذه العملية 1216 كيلوجول/مول على الأقل لعمل ذلك ، ومنها ألفا وبيتا وغاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية .




    مشروع مانهاتن Manhattan Project

    في عام 1934 اكتشف عالم ألماني أن انشطار ذرة اليورانيوم يحدث بسرعة، ويولد كمية هائلة من الطاقة ، ويمكن أن يحدث إنفجاراً هائلاً . أخذ الألمان بتطوير هذه الفكرة والإستفادة منها في تصنيع القنبلة النووية ، لم يسترع ذلك اهتمام أحد إلى أن قامت المانيا بإيقاف تصدير اليورانيوم من مناجم تشيكوسلوفاكيا المحتلة من قبل الألمان .

    في الثاني من آب أغسطس 1939 ، وقبل بدء الحرب العالمية الثانية ، قام البرت اينشتاين Albert Einstein بكتابة رسالة إلى الرئيس الأمريكي فرانكلين روزفلت Franklin D . Roosevelt واصفاً فيها الطاقة الهائلة التي تنتج عن الإنشطار النووي ، ومعبراً فيها وزملاءه عن قلقهم الشديد من إمكانية تحويل المانيا النازية للإنشطار النووي إلى قنبلة نووية .
    اينشتاين عالم الماني المولد ، يهودي الديانة ، ترك أوروبا قبل استلام هتلر للسلطة في المانيا ، عارض اينشتاين استغلال الطاقة النووية لتصنيع الأسلحة ، وكان يخشى على العالم من امتلاك المانيا لهذه التقنية قبل الولايات المتحدة الأمريكية .



    عقد قادة الجيش الأمريكي العزم على امتلاك هذه التقنية مهما كلف الأمر ، فأخذوا يبحثون عن بناء يصلح كمختبر لإنتاج القنبلة النووية ، بحيث يبعد الموقع (200) ميل على الأقل عن الحدود البحرية والدولية ، ويجب أن يبعد كثيراً عن التجمعات السكانية ، لأن أي خطأ قد يكلفهم الكثير من الخسائر البشرية .


    استقر رأيهم على مدرسة للأولاد في أرض صحراوية في ولاية نيومكسيكو في منطقة تعرف بإسم Jornada del Muerto وتعني رحلة إلى الموت ، وتم تعيين روبرت أوبنهايمر على رأس فريق من العلماء في مشروع عرف بإسم مشروع مانهاتن السري Manhattan Project . وأخرجت بذلك الى الوجود أول قنبلة نووية أسقطت على اليابان في السادس من أب / أغسطس عام 1945.


    Exclamation
    avatar
    امبراطور العذاب


    المساهمات : 3
    تاريخ التسجيل : 14/11/2010
    العمر : 36
    الموقع : جمهورية مصر العربية

    الكيمياء النووية Empty ممكن سؤال يامحمود

    مُساهمة من طرف امبراطور العذاب الثلاثاء 23 نوفمبر 2010, 12:23 am

    وياترى احنا وضعنا اية من كل دة وممكن فى يوم من الايام يكون عندنا تفاعل نووى

      الوقت/التاريخ الآن هو الخميس 28 مارس 2024, 8:52 pm