شرح المقصود بنظير العنصر

تعريف نظير العنصر

يمكن تعريف نظير العنصر (بالإنجليزية: Isotope) بأنه واحدٌ من نوعين اثنين أو أكثر من ذرات العنصر الكيميائي التي تتشابه في العدد الذري (أو عدد البروتونات) والموقع في الجدول الدوري والسلوك الكيميائي، وتختلف في الكتل الذرية، وفي الخصائص الفيزيائية لكلٍ منها، وبتعريف بسيط يمكن القول أن نظائر العنصر هي ذرات لنفس العنصر تتشابه في عدد البروتونات (العدد الذري) وتختلف في عدد النيوترونات الموجودة في نواتها؛ وبهذا فهي تختلف في عددها الكتلي أيضًا (العدد الكتلي هو مجموع عدد البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة)، فالاختلاف في عدد النيوترونات هو الذي يؤدي إلى ظهور النظائر.^[١]

مثال لتوضيح مفهوم النظير

عنصر الهيدروجين هو أول عنصر في الجدول الدوري للعناصر، وعدده الذري هو 1، وهذا يعني أنه يحتوي على بروتون واحد في نواته، إلا أن عنصر الهيدروجين في الطبيعة يمتلك 3 نظائر، جميعها تحتوي على بروتون واحد في نواتها، ولكنها تختلف في عدد النيوترونات الموجودة في النواة، وذلك كالآتي:^[٢]

• البروتيوم: هو نظير الهيدروجين الذي يحتوي على بروتون واحد فقط بدون نيوترونات، وعدده الكتلي هو 1.
• الديوتيريوم: هو نظير الهيدروجين الذي يحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد، وعدده الكتلي هو 2.
• التريتيوم: هو نظير الهيدروجين الذي يحتوي على بروتون واحد ونيوترونين اثنين، وعدده الكتلي هو 3.

تتشابه نظائر الهيدروجين الثلاثة في خصائصها الكيميائية كونها تمتلك نفس العدد الذري، وهي تشترك في موقع واحد في الجدول الدوري وهو المجموعة الأولى والدورة الأولى، ولكنها تختلف في الخصائص الفيزيائية؛ نظرًا لاختلاف كُتلها الذرية، ويشار إلى أن الهيدروجين هو العنصر الوحيد الذي تمتلك نظائره أسماء فريدة، والصورة الآتية توضح الفرق بين النظائر الثلاثة الطبيعية للهيدروجين:^[٣][٢]

طرق التعبير عن النظائر

يوجد طريقتان شائعتان للتعبير عن نظائر العنصر، وهما كالآتي:^[٤]

• الطريقة الأولى: كتابة العدد الكتلي لنظير العنصر بجانب اسمه بالإنجليزية أو رمزه الكيميائي؛ فمثلًا لتعبير عن نظير الهيدروجين الديوتيريوم الذي يحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد، وعدده الكتلي 2؛ فإننا نكتبه على الشكل H-2 أو 2-Hydrogen.
• الطريقة الثانية: كتابة العدد الكتلي لنظير العنصر في الزاوية العلوية اليسرى لرمز العنصر، وفي الزاوية السفلية اليسرى نضع العدد الذري له، فمثلًا لتعبير عن نظير الهيدروجين الديوتيريوم؛ فإننا نكتبه على هذه الصورة ²₁H.

أنواع النظائر

جميع العناصر في الطبيعة لها نظائر، وللنظائر نوعان هما:^[٣][٥]

النظائر المستقرة

النظائر المستقرة (بالإنجليزية: Stable Isotopes) هي ذرات ذات نوى ثابتة، أي أنها لا تضمحل أو لا تتحل أبدًا، وهذا يعني أنها لا تنتج إشعاعات، ولا يوجد أي مخاطر صحية مرتبطة بها، ويأتي هذا الاستقرار من كمية النيوترونات الموجودة في الذرة في هذه النظائر؛ فإذا كانت الذرة تحتوي على نيوترونات كثيرة جدًا أو قليلة جدًا، فإنها تكون غير مستقرة، وتميل إلى التحلل والاضمحلال، ومن الجدير بالذكر أنه يوجد في الطبيعة 254 نظيرًا مستقرًا معروفًا حتى الآن.

النظائر المشعة

النظائر المشعة (بالإنجليزية: Radioactive Isotopes) أو النظائر غير المستقرة، هي ذرات ذات نوى غير مستقرة، أي أنها تضمحل وتتحلل وينبعث منها إشعاعات عديدة؛ تشمل أشعة ألفا وبيتا وجاما، ويشار إلى أن جميع النظائر الاصطناعية (أي التي يصنعها البشر في المختبرات) تكون نظائر غير مستقرة وبالتالي مشعة.