استقرار النوى الذرية: دراسة منحنى الاستقرار

منحنى الاستقرار النووي: تمثيلٌ بيانيٌّ للاستقرار

يُظهر منحنى الاستقرار النووي، بشكلٍ بيانيٍّ، مدى استقرار العناصر الكيميائية. يمثل المحور الأفقي (السيني) عدد البروتونات في نواة الذرة، بينما يمثل المحور الرأسي (الصادي) عدد النيوترونات. تقع النويدات المستقرة ضمن حزامٍ محدد على هذا المنحنى. النويدات التي تقع خارج هذا الحزام تكون غير مستقرة وتخضع للتحلل الإشعاعي.

فالنويدات التي تقع أعلى يمين الحزام تميل إلى التحلل عبر انبعاث جسيمات ألفا، بينما تلك الواقعة أسفل الحزام تُصدر بوزيترونات أو تلتقط إلكترونات. أما النويدات الموجودة أعلى الحزام فإنها تنبعث منها جسيمات بيتا. العناصر التي يتجاوز عددها الذري 83 تكون بشكل عام مشعة وغير مستقرة.

النسبة بين النيوترونات والبروتونات: مفتاح الاستقرار

تُعتبر نسبة النيوترونات إلى البروتونات مؤشراً هاماً لتوقع استقرار النواة. يُلاحظ أن العناصر الخفيفة تمتلك غالباً عدداً متساوياً من البروتونات والنيوترونات (مثل النيتروجين ٧ بروتونات و٧ نيوترونات). لكن مع زيادة كتلة النواة، يزيد عدد النيوترونات مقارنةً بعدد البروتونات.

مثال على ذلك، الحديد-٥٦ (٣٠ نيوترون و ٢٦ بروتون) بنسبة ١.١٥، والرصاص-٢٠٧ (١٢٥ نيوترون و ٨٢ بروتون) بنسبة ١.٥٢. يُعزى هذا الارتفاع في نسبة النيوترونات إلى البروتونات في النوى الثقيلة إلى زيادة قوى التنافر بين البروتونات، التي تحتاج إلى نيوترونات إضافية للتغلب عليها والحفاظ على تماسك النواة.

تتراوح هذه النسبة في النويدات المستقرة بين ١ و ١.٥، باستثناء نظائر الهيدروجين المستقرة H-1 وH-3 التي تقل فيها النسبة عن ١.

قاعدة الأعداد الزوجية والفردية: تأثير العدد على الاستقرار

تُظهر الدراسات أن النويدات التي تحتوي على أعداد زوجية من كل من البروتونات والنيوترونات تميل إلى أن تكون أكثر استقراراً من تلك التي تحتوي على أعداد فردية. من بين ٢٦٤ نويدة مستقرة، ١٥٧ نويدة لديها أعداد زوجية من البروتونات والنيوترونات.

الأعداد السحرية: نواة مستقرة بشكل استثنائي

تُعتبر بعض الأعداد من البروتونات والنيوترونات “أعداداً سحرية”، حيث تُظهر النويدات التي تحتوي على هذه الأعداد استقراراً أعلى من غيرها. يُعتقد أن هذه الأعداد تُشير إلى امتلاء مستويات طاقة نووية، مشابهةً لمستويات طاقة الإلكترونات في الذرة. أمثلة على ذلك هي ذرات الهيليوم He₂⁴، والأكسجين O₈¹⁶، والكالسيوم Ca₂₀⁴⁰.

القائمة التالية تُبين الأعداد السحرية للبروتونات والنيوترونات:

الأعداد السحرية للبروتونات: ٢، ٨، ٢٠، ٢٨، ٥٠، ٨٢، ١١٤

الأعداد السحرية للنيوترونات: ٢، ٨، ٢٠، ٢٨، ٥٠، ٨٢، ١٢٦، ١٨٤

المراجع

سيتم إضافة المراجع لاحقاً.