كم عدد النيوترونات؟

بواسطة: - آخر تحديث: ١٦:٤٠ ، ١٨ يونيو ٢٠٢٠
كم عدد النيوترونات؟

الذرّة

الذرّة هي البنية المحددة للعنصر والتي لا يمكن كسرها بأي وسيلة كيميائية، والذرة تتكون من نواة موجبة الشحنة مكونة من البروتونات المحايدة كهربائيًا، ومن النيوترونات المشحونة بشحنات سالبة، وتتكون الذرة أيضًا من الإلكترونات التي تدور حول هذه النواة، ويُحدِد عدد البروتونات هوية الذرة، وحجم الذرة يعتمد على عدد البروتونات والنيوترونات الموجودة فيها، ويبلغ حجم الذرة النموذجي حوالي 100 بيكومتر وهذا يساوي حوالي عشرة مليارات جزء من المتر، ومعظم هذا الحجم هو مساحة فارغة، والذرات هي أجسام صغيرة تميل إلى أن تكون متناظرة كرويًا، ولكن هذا لا ينطبق دائمًا على الذرات الكبيرة قليلًا، ولا تدور الإلكترونات دائمًا حول النواة في الدوائر كما يُظن.

تتراوح كتلة الذرات من 1.67 × 10 -27 كجم (للهيدروجين) إلى 4.52 × 10 -25 كجم للنوى المشعة فائقة الثقل، وتتكون أجزاء الكتلة بالكامل تقريبًا من البروتونات والنيوترونات، أما الإلكترونات فكُتلتها لا تُذكر في الذرة، ويُعتقد أن الإلكترونات تشكلت في المراحل المُبكرة من تكوين الانفجار الكبير للكون؛ إذ تشكلت النوى الذرية بعد ثلاث دقائق من الانفجار الكوني، وفي الوقت الحاضر يشكل الهيدروجين أكبر نسبة من الغازات الموجودة في الكون، ومع مرور الوقت توجد كميات متزايدة من الهيليوم والأكسجين، وبتجمع الذرات تتكون المواد والجزيئات والعناصر، مثل ذرات الماء (H2O) والتي تكونت من اتحاد ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين، وملح الطعام (NaCl) والأوزون (O3) الذي يتكون من اتحاد ثلاث ذرات من الأكسجين.[١]


عدد النيوترونات

النيوترون هو جسيم ذري محايد يكون مكونًا لكل نواة ذرية باستثناء الهيدروجين العادي، وتبلغ كتلة النيوترون حوالي 1.67493×10 -27 كيلوغرام، والنيوترون أكبر بقليل من البروتون، وأكبر بنحو 1839 مرة من كتلة الإلكترون، وترتبط النيوترونات والبروتونات معًا وتسمى النيوكليونات، وهي تُمثل نحو 99.9% من كتلة الذرة، والنيوترون والبروتون كذلك هو مُركب يحوي الجسيمات الأولية الصغيرة والتي تُسمى الكواركات، وترتبط النواة بمكوناتها بشكل يحكم سلوك الكواركات التي تتكون منها البروتونات والنيوترونات، وعدد النيوترونات في ذرة عنصر كيميائي يساوي (العدد الكتلي - العدد الذريّ).

اكتِشفَ النيوترون عام 1932 ميلاديًا على يد الفيزيائي الإنجليزي جيمس تشادويك، وفي غضون بضع سنوات بعد هذا الاكتشاف كان العديد من الباحثين في جميع أنحاء العالم يدرسون خصائص وتفاعلات هذا الجسيم الصغير، وقد وُجِد أن العناصر المختلفة عندما تخضع لانشطار وتفاعل نووي فإن النواة تنقسم إلى شظايا أصغر متساوية تقريبًا، وفي عام 1942 ميلاديًا وجد مجموعة من الباحثين الأمريكيين أن عملية الانشطار تنتج ما يكفي من النيوترونات الحرة للحفاظ على تفاعل سلسلة تكوين الذرة، وأدى إيجاد هذا التطور الفيزيائي إلى بناء قنبلة ذرية مُدمرة، والقنبلة كانت نتاج امتصاص النيوترونات عن طريق النوى المُعرضة لكثافة عالية متوفرة في المفاعلات النووية أتاحت إنتاج كميات كبيرة من النظائر المشعة المُدمرة والمفيدة لصناعة القنابل، وهذه النيوترونات التي تنتج تخضع لتحلل إشعاعي وفق قواعد علمية صارمة ومُحدَدة.[٢]


طريقة حساب عدد النيوترونات

إن جميع ذرات العناصر تحتوي على نفس عدد البروتونات، إلا أن عدد النيوترونات يختلف بين كل ذرة وذرة، ومعرفة عدد النيوترونات الموجودة في ذرة معينة يمكن أن يساعد على تحديد ما إذا كانت الذرة لها نظائر أو لا، وتحديد عدد النيوترونات في الذرة بسيط إلى حد كبير ولا يتطلب أي تجربة صعبة، ولحساب عدد النيوترونات في ذرة أو نظير الذرة كل ما يجب فعله هو اتباع هذه التعليمات مع جدول دوري في متناول اليد:[٣]

  • إيجاد عدد النيوترونات في ذرة منتظمة.
  • تحديد موقع العنصر في الجدول الدوري.
  • نبحث عن الرقم الذري للعنصر، وعادةً ما يكون الرقم موجودًا فوق رمز العنصر.
  • البحث عن وزن العنصر الذري، وعادة ما يعثر على هذا الرقم تحت الرمز الذري للذرة.
  • الصيغة المُستخدمة لإيجاد النيوترونات هي المُعادلة التالية: ن = م - ن؛ إذ إن ن = عدد النيوترونات، م = الكتلة الذرية أما حرف ن= العدد الذري.

فعلى سبيل المثال يجب إيجاد عدد نيوترونات لنظير الهيدروجون رقم 14، وهذا النظير هو عنصر الكربون (C)، وهو موجود في الصف الثاني في أسفل الجدول الدوي، وهنا نبدأ بالبحث عن الرقم الذري للكربون، ونجد أن هذا العدد هو العدد 6 وهو موجود فوق رمز العنصر، ثم نبحث عن الكتلة الذرية، ونجدها أسفل العنصر وهي 14 للكربون، وآخر خطوة هي حساب العدد النهائي وفق المعادلة ن= م - ن وتساوي ن= 14-6 = 8، إذًا عدد نيوترونات ذرة الكربون هي ثمانية.


الفرق بين البروتون والإلكترون

إن الفرق الرئيسي بين البروتون والإلكترون هو أن البروتون جسيم موجود في نواة الذرة، والإلكترونات هي جسيمات تدور حول النواة، وتحتوي الذرة على نواة فيها بروتونات ونيوترونات، وتدور الإلكترونات حول النواة في المدارات، ومعظم المساحة الموجودة في الذرة فارغة، لِذا فالبروتون هو جسيم موجود في النواة وله شحنة موجبة، وعندما اكتشف العلماء الإلكترون لم يكن لديهم أي فكرة عن الجسيم المُسمى البروتون، وكان مُكتشف البروتون الحقيقي هو العالم الفيزيائي الشهير رذرفورد في عام 1917 ميلاديًا، وعدد البروتونات في ذرة عنصر كيميائي هو نفسه رقمه الذري، لأن العدد الذري يساوي عدد البروتونات التي يحتويها عنصر ما في نواته، فعلى سبيل المثال العدد الذري للصوديوم هو 11، لذا يحتوي الصوديوم على 11 إلكترونًا في النواة.

والإلكترون يُرمز له بالرمز (e) وله شحنة كهربائية سالبة (-1)، وتبلغ كتلة الإلكترون 9.1093 × 10 -31 كجم، مما يجعله أخف جُسيم ذري، وقد اكتشف الإلكترون العالم جي جي ثومبسون في عام 1897 ميلاديًا، وكان اكتشاف الإلكترون نقطة تحول في العلوم لأنه أدى إلى شرح الكهرباء، والروابط الكيميائية، والخصائص المغناطيسية، والتوصيل الحراري، والتحليل الطيفي والعديد من الظواهر الأخرى، وتوجد الإلكترونات في مدارات للذرة، وللذرة مداران متعاكسان كأزواج، ويشير عدد الإلكترونات في مدار الذرة لعددها الذري، فعلى سبيل المثال في الهيدروجين توجد ذرة واحدة تسير في مدارها، لذا فالعدد الذري لها يساوي 1.[٤]


عنصر الباريوم

عنصر الباريوم هو معدن قلوي أرضي كثيف نسبيًّا يقع في المجموعة الثانية من الجدول الدوري، يُعثر عليه طبيعيًا فقط عند دمجه مع عناصر أخرى، والمركبات التي تحتوي على الباريوم لها مجموعة واسعة من الاستخدامات؛ إذ عثر عليه في سم الفئران، وفي سوائل التنقيب عن النفط، والسوائل البيضاء المستخدمة لتصوير الأمعاء في الفحص التشخيصي الأشعة السينية ويسمى حقنة الباريوم الشرجية؛ لدى هذا العنصر سبعة وثلاثين نظيرًا، ولكن توجد سبعة نظائر فقط تحدث بشكل طبيعي وتتراوح أعداد كتلها بين 130 - 138.[٥]


عدد النيوترونات في نواة ذرة الباريوم

يوجد في عنصر الباريوم 82 نيوترونًا، ويقع عنصر الباريوم في المجموعة الثانية في الجدول الدوري، وفيما يأتي أهم المعلومات حول العنصر:[٦]

  • العدد الذري (عدد البروتونات في النواة): 56.
  • عدد النيوترونات: 82.
  • الرمز الذري (في الجدول الدوري للعناصر): Ba.
  • الوزن الذري (متوسط ​​كتلة الذرة): 137.327.
  • الكثافة: 2.09 أوقية لكل بوصة مكعبة (3.62 غرام لكل سنتيمتر مكعب).
  • الحالة في درجة حرارة الغرفة: الصلبة.
  • درجة الانصهار: 1341 درجة فهرنهايت (727 درجة مئوية).
  • درجة الغليان: 3،447 فهرنهايت (1897 درجة مئوية).
  • عدد النظائر الطبيعية (ذرات من نفس العنصر مع عدد مختلف من النيوترونات): 7.
  • النظير الأكثر شيوعًا: Ba-138f.


مصادر الباريوم

يتواجد عنصر الباريوم بشكل طبيعي فقط في تركيبة مع عناصر أخرى بسبب ارتفاع مستوى تفاعله، لذا يُعثر عليه بشكل شائع مع الكبريتات والكربونات، ولكن يمكن أيضًا تشكيل مركبات تحتوي على هيدروكسيد وكلوريد ونترات وكلورات وأيونات سلبية أخرى، حوالي 0.05 في المئة من قشرة الأرض عبارة عن الباريوم، مما يجعله العنصر السابع عشر الأكثر وفرة في القشرة الأرضية، وللحصول عليه بصورة نقية، يجب فصله عن العناصر الأخرى المشتركة معه في مركبات الباريوم التي تحدث بشكل طبيعي؛ لذا يمكن استخراج الباريوم من كلوريد الباريوم من خلال التحليل الكهربائي، ويمكن أيضًا الحصول عليه عن طريق تحليل أكسيد الباريوم باستخدام الألمنيوم أو السيليكون في فراغ منخفض الضغط بدرجة حرارة عالية.[٦]


الاستخدامات الشائعة للباريوم

يستخدم عنصر الباريوم في صناعة العديد من الأشياء، وفيما يأتي بعض استخداماته:[٧]

  • كبريتات الباريوم في إنتاج النفط: تستخدم كبريتات الباريوم في المقام الأول عند التنقيب عن آبار نفطية جديدة، والتي تعد إلى حد بعيد الاستخدام الأكثر شيوعًا للباريوم، إذ تدمج مع الماء وبعض المعادن الأخرى لإنشاء خليط يشبه الطين يضخ في فتحات الحفر، وبسبب وزنه الثقيل فإنه يساعد على منع النفط من الانفجار إلى البيئة.
  • يستخدم الباريوم النقي في الإلكترونيات: إن الاستخدام الأكثر شيوعًا للباريوم هو إزالة الأجزاء المتبقية من الغازات في أنابيب التفريغ الإلكترونية، ويشار عادةً إلى المواد المستخدمة لهذا الغرض باسم "getters"، لأسباب واضحة، وهو لأنه يتأكسد بسرعة كبيرة، فإنه يستخدم في عملية التصنيع بعد ضخ أنبوب فراغ وختمه، في أنقى صورة سيطلق الباريوم في الأنبوب، مما يسمح له بامتصاص أي غازات متبقية من عملية الضخ.
  • كلوريد الباريوم في الألعاب النارية: يستخدم الباريوم على نطاق واسع في إنتاج الألعاب النارية، تحديدًا عند رؤية ظل أخضر من ضمن الألوان الناتجة عن الألعاب النارية، سيكون هذا عبارة عن انفجار كلوريد الباريوم شديد التسخين، أيضًا إنشاء الألعاب النارية البيضاء، يكون باستخدام أكسيد الباريوم ولكن هذا ليس دائمًا.
  • كبريتات الباريوم في الطب: بفضل قدرتها الشبيهة بالرصاص على منع الأشعة السينية، يمكن استخدام كبريتات الباريوم في إجراء يسمى ابتلاع الباريوم، يتضمن هذا الإجراء شرب حوالي كوب ونصف من خليط طباشيري يسمى "وجبة الباريوم"؛ تؤخذ الأشعة السينية عندما يتدفق الباريوم ويغطي الجهاز الهضمي، سيضيء طلاء الباريوم في الأشعة السينية مما يسمح بتشخيص بعض التشوهات في المعدة أو المريء أو الأمعاء أو القولون، وهذا ما يسمى radiocontrast.
  • كربونات الباريوم لمكافحة الآفات: تكون فائدة الباريوم محدودة إلى حدٍ ما في أي شكل غير كبريتات الباريوم، بسبب سميته، ومع ذلك فإن هذه الصفة بالذات تجعل له استخدامًا واحدًا وهو سم الفئران؛ إذ عند تناوله تتفاعل هذه كربونات الباريوم مع حمض المعدة، مكونًا كلوريد الباريوم، ويمتص هذا المركب بدوره في مجرى الدم مما يؤدي إلى تسمم الجرذ.
  • يستخدم في بعض الإنتاجات: يستخدم هذا العنصر في إنتاج العديد من الأشياء، مثل: إنتاج المطاط، وشاشات التلفاز الزجاجية، وشاشات الحواسيب، وحاويات تخزين المواد المشعة، والصبغة البيضاء في بعض الدهانات، وإنتاج بيروكسيد الهيدروجين، وصناعة المغناطيس، ومصابيح الفلورسنت، واللحام، وأنظمة الإشعال والفرامل الآلية.


الآثار الصحية للباريوم

كمية الباريوم التي اكتشفت في الطعام والماء عادةً ليست مرتفعة بما يكفي لتصبح مصدر قلق صحي، لكن الأشخاص الذين يعملون في مجال صناعة الباريوم هم الذين يواجهون خطرًا أكبر من غيرهم للتعرض لتأثيرات الباريوم الصحية، ومعظم المخاطر الصحية التي قد يتعرضون لها ناتجة عن التنفس في الهواء الذي يحتوي على كبريتات الباريوم أو كربونات الباريوم.[٨]

تحتوي العديد من مواقع النفايات الخطرة على كميات عالية من الباريوم، لذا قد يتعرض الأشخاص الذين يعيشون بالقرب منها إلى مستويات ضارة من العنصر، وقد يكون سبب التعرض هو استنشاق الغبار أو تناول النباتات أو شرب الماء الملوث بالباريوم، ويمكن عن طريق ملامسة الجلد أيضًا؛ وتعتمد الآثار الصحية للباريوم على قابلية المركبات للذوبان في الماء للمركبات، ومن المحتمل أن تكون مركبات الباريوم التي تذوب في الماء ضارة بصحة الإنسان، وقد يسبب امتصاص كميات كبيرة جدًا من الباريوم القابل للذوبان في الماء الشلل، وفي بعض الحالات الموت، وتسبب الكميات الصغيرة منه بعض الأعراض للفرد، مثل صعوبات في التنفس، وزيادة ضغط الدم، وتغيير ضربات القلب وزيادة حموضة المعدة، وضعف العضلات، والتغيرات في ردود الفعل العصبية، وتورم في المخ، وتلف الكبد والكلى والقلب؛ لكن لم تُظهر الدراسات أنه يسبب السرطان للبشر، ولا يوجد أي دليل على أنه يمكن أن يسبب العقم أو العيوب الخلقية.[٨]


المراجع

  1. Anne Marie Helmenstine (22-9-2019), " Atom Definition and Examples "، thoughtco, Retrieved 18-12-2019. Edited.
  2. "Neutron", britannica,29-1-2018، Retrieved 18-12-2019. Edited.
  3. Bess Ruff, MA (1-11-2019), "How to Find the Number of Neutrons in an Atom"، wikihow, Retrieved 18-12-2019. Edited.
  4. "Difference Between Proton and Electron", differencebetween,3-2-2012، Retrieved 18-12-2019. Edited.
  5. Timothy Hanusa، "Barium"، britannica، اطّلع عليه بتاريخ 22-4-2019.
  6. ^ أ ب carol stoll (6-11-2017)، "Facts About Barium"، live science، اطّلع عليه بتاريخ 22-4-2019.
  7. steven pearson (11-1-2018)، "Common Uses of Barium"، owlocation، اطّلع عليه بتاريخ 22-4-2019.
  8. ^ أ ب "Barium - Ba"، lenntech، اطّلع عليه بتاريخ 22-4-2019.