النظائر... المشعّة وغيرها

في نواة الذرة تقبع البروتونات والنيترونات. والبروتونات موجبة الشحنة كهربائياً، ووجودها متقاربة من بعضها ييزيد من تنافرها الكهربائي، ولكن النيترونات التي لا شحنة كهربائية لها تخلق حاجزاً بين البروتونات في النواة وتخفف بذلك من تدافع البروتونات. ومن حيث المبدأ، فعدد البروتونات والنيترونات متساوٍ، وفي حال عدم تحقق ذلك نكون إزاء نظير للمادة. أي أن النظير لمادة ما يكون له العدد نفسه من البروتونات ولكنه يختلف في عدد النيترونات. مثال ذلك الكربون العادي والذي يسمى بالكربون 12، الذي يحتوي على ستة بروتونات وستة نيترونات. نظيره الشهير هو الكربون 14 الذي نسمع به في الدراسات التاريخية. وهذا الكربون يحتوي على ستة بروتونات وثمانية نيترونات.

ويمكن أن يكون للمادة الواحدة أكثر من نظير. فالهدروجين الذي يملك بروتون واحد ولا يوجد فيه نيترون (إذ لا حاجة لذلك!!)، له نظير هو الديتريوم الذي يوجد فيه بروتون واحد ونيترون، وكذلك له نظير آخر هو التريتيوم الذي يوجد فيه نيترونان. واليورانيوم الشهير الذي له 26 نظيراً، ثلاثة منها نظائر طبيعية، والباقي ولّدها الإنسان لحاجات مختلفة. ومن بين النظائر الطبيعية اليورانيوم 235 الشهير الذي يستخدم في المفاعلات والقنابل النووية، وهو يحتوي على 92 بروتوناً و 143 نيتروناً.

وللنظير الخواص الكيمائية نفسها التي للعنصر الأصلي، وذلك لأن المساهم في التفاعلات الكيمائية للمواد هي الإلكترونات، وهذه لها التوضعات والعدد نفسهما في المادة ونظرائها، ومن ثم فلا اختلاف كيمائي. ولكن هناك اختلاف فيزيائي. فذرة النظير أثقل من ذرة المادة الأصلية بسبب الزيادة في عدد النيترونات، وهذا يعني بطئاً في الحركة والتفاعلات. 

وبعض النظائر تتفكك مع الزمن متحولة إلى مواد أخرى ومصدرة لحزم من الجسيمات مثل الإلكترونات والبروتونات والنيترونات وغيرها، وكذلك للطاقة الكهرومغنطيسية، وهذه كله يوضع تحت اسم: إشعاعات. بعض التفككات قد تكون سريعة وبعضها الآخر قد تستغرق مليارات السنين. فنظير اليورانيوم 238 يبقى مشعاً لنحو 4.5 مليار من السنين، أما اليورانيوم 235 فيستمر في الإشعاع لنحو 703 مليون سنة. 

كل المواد التي تحتوي على 83 بروتوناً أو أقل لها نظير واحد على الأقل مستقر، أي ثابت لا يتبدل مع الزمن. أما المواد التي تتضمن أكثر من 83 بروتوناً فكل نظائرها غير مستقرة، أي تصدر عنها إشعاعات تسبب تغيرها مع الزمن.

للنظائر المشعّة فوائد ومضار، بعض المضار نتيجة التعرض للإشعاعات الصادرة عنها،

بعض هذه الإشعاعات قوية جداً يمكنها أن تخترق جداراً من الإسمنت بسماكة متر واحد. وهناك بعض الفوائد للإشعاعات خاصة تلك المتحكم بها في الطب مثلاً. وبعض الفوائد أيضاً في التأريخ كما هو الحال في الكربون 14 المشع. وهذا الكربون يوجد في العضويات على نحو طبيعي، يتوقف تولده مع موت هذه العضويات. ومن لحظة الموت تقريباً يبدأ هذا الكربون في التفكك، وبقياس نسبة هذا الكربون إلى الكربون الطبيعي (الكربون 12) يمكن تقدير السنة التي مات فيها العضوي بدقة مقبولة جداً. يستخدم باحثو المستحثات هذه التقنية لتقدير تاريخ موت كائن ما وبالتالي معرفة الفترة التي يعود إليها... والكربون 14 يتفكك إلى آزوت 14 نتيجة تحول نترون إلى بروتون وإلكترون، وهو الآزوت الطبيعي الذي يحتوي على 7 بروتونات و7 نيترونات... 

وسمي الآزوت بهذا الاسم لاعتقاد مغلوط مفاده أنه هذا الغاز ضار للحياة (كلمة azote مركبة من zote بمعنى حياة و a أداة نفي)، ولكن عندما اكتشف أنه لا حياة بدون الآزوت غيرت التسمية إلى "نيتروجين"!!