كيمياء نووية وإشعاعية

1. كيمياء نووية وإشعاعية مقياس الكتلة وطاقة معادلة أينشتاين والعلاقة بين الكتلة والطاقة الطاقة الرابطة النووية

2. الكتلة • الكتلة هي مقدار فيزيائي، وتعرف على أنها مقدار ما يحويه الجسم من مادة، وهي تختلف عن الوزن الذي هو( قوة جذب الأرض للجسم. وهي طريقة لتحديد كمية مادة ما، يقاس الوزن بوحدة دولية تسمى (نيوتن) نسبة إلى العالم الإنجليزي اسحق نيوتن الذي وضع القانون العام للجاذبية، والنيوتن يساوي تقريبا قوة جذب الأرض لكتلة مقدارها 100 جرام.)

3. الكتلة • يرمز لها بالحرف ك أو m وهي عبارة عن كمية المواد الموجودة في المادة وهي مقدار ثابت لا يتغير في أي زمان ومكان. • الوحدة الرسمية لقياس الكتلة هي الغرام.

4. الكتلة الذرية • وحدة الكُتل الذرية (u), أو دالتون (Da) هي وحدة صغيرة للكتلةتستخدم للتعبير عن الكتل الذريةوالكتلة الجزيئية. وهي تساوي 1\12 من كتلة ذرةالكربون-12. وعلى هذا: • u=1.660 538 921x10-27 kg

5. الطاقة • الطاقة هي أحد الخواص الكمية الأساسية والتي تعبر عن حالة الجسم أو النظام الفيزيائي. يمكن للطاقة ضمن سياق العلوم الطبيعية أن تاخذ أشكالا متنوعة منها طاقة حرارية، كيميائية، كهربائية، إشعاعية، نووية، طاقة كهرومغناطيسية، وطاقة حركة. • هذه الأنواع من الطاقة يمكن تصنيفها بكونها طاقة حركية أو طاقة كامنة، في حين أن بعضها يمكن أن يكون مزيجا من الطاقتين الكامنة والحركية ، وهذا يدرس في الديناميكا الحرارية.

6. الطاقة • جميع أنواع الطاقة يمكن تحويلها من شكل لآخر بمساعدة أدوات بسيطة أو أحيانا تستلزم تقنيات معقدة مثلا من الطاقة الكيميائية إلى الكهربائيةعن طريق الأداة الشائعة البطاريات.... • الجول (إنكليزي: Joule) في الفيزياءوالكيمياء هي وحدة قياس الطاقة وأطلق عليها جول تكريما للعالم جيمس بريس كوت جول لاكتشافه العلاقة بين الشغل المبذول والطاقة الناتجة.

7. الطاقة • عندما نتعامل مع الذرات والجزيئات في الكيمياء نجد أن وحدة "جول" تكون كبيرة جدا لها ، لذلك نسنخدم في تلك الحاله وحد أصغر للطاقة ، وهي الإرج(erg):وتوجد علاقة بين الجولوالإرج(erg) ؛ حيث : • 10 مليون إرج= 1 جول • عند التعامل مع الذرة والجسيمات الأولية نجد أن وحدة الجول كبيرة جدا. لذلك لتسهيل الحسابات على المستوى الذري ابتكر الفيزيائيون وحدة إلكترون فولت لحساب طاقة الجسيمات الأولية ومنها الإلكترون.

8. معادلة أينشتاين

12. العلاقة بين الكتلة والطاقة

13. الطاقة الرابطة النووية • طاقة الارتباط في علم الفيزياء هي طاقة قوية تربط الجسيمات النووية في النواةبعضها ببعض وهي ذات مدى قصير حيث لا يبدأ الجسيمين بالتجاذب بين بعضهما إلا بعد أن يكونا على بعد 4×10−15 متراً (4×10−5أنجستروم) تقريباً . وتلك الطاقة تزداد بشدة باقتراب البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة من بعضهم البعض. قوة ارتباط البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة شديدة جدا أشد كثيرا من قوة التجاذب الناشيء عن الثقالة (الجاذبية) ، ومداها قصير جداد جدا كما ذكرنا أعلاه ، بعكس قوة الثقالة التي هي بعيدة المدى .

14. طاقة الرابطة النووية • الطاقة الكلية للنواة المترابطة تكون دوماً "أقل" من مجموع الطاقات لكل جسيم نووي على حدة. وهذا الفرق في الطاقة يعرف بانهطاقة الارتباط . لذا يمكن تعريف طاقة الارتباط بشكل أخر ،ألا وهي الطاقة اللازمة لفصل الجسيمات النووية في النواة عن بعضها.

15. طاقة الرابطة النووية • في الفيزياء النووية تعرف قوة الارتباط بأنها الطاقة التي تتحرر عندما يأتي نوكليونإلى النواة ويلتحم فيها. وتكون تلك الطاقة طبقا لتكافؤ الكتلة والطاقة: E=Mc2 مصحوبة بنقص في الكتلة الكلية ، يسمى نقص الكتلة .

16. نقص الكتلة • نقص الكتلة في الفيزياء النووية (بالإنجليزية : Mass defect) هو الفرق بين مجموع كتل البروتوناتوالنيوترونات منفردة ومجموع كتلتها مرتبطة ببعضها في داخل النواة الذرية (تكون النواة المتكونة دائما أصغر كتلة من مجموع كتل النوكليونات قبل ارتباطها في النواة). وكذلك يكون مجموع كتلة النواة والإلكترونات في ذرة (متعادلة) أكبر من الكتلة الذرية المقاسة. وهذا الفرق في الكتلة يسمى أيضا نقص الكتلة ولكنه في الذرة يكون أقل كثيرا عن نقص الكتلة المترتب على ترابط بروتونات مع نيوترونات.

17. نقص الكتلة وطاقة الارتباط يمكن تفسير نقص الطاقة ب النظرية النسبية الخاصةوالتي تنص على تكافؤ المادة والطاقةبالنسبة إلى الجسيمات الساكنة : تخفض طاقة الارتباطلنوكليونات (بروتون ونيوترون) من كتلة السكون للجسيمات الفردية. ولذلك تخرج عند تكون أحد الذرات طاقة ارتباط البروتونات والنيوترونات والتي تعادل نقص الكتلة طبقا للمعادلة :

18. EB=∆Mc2 • حيث : • الطاقة ، هنا طاقة الارتباط ، m نقص الكتلة ، c سرعة الضوء في الفراغ. وكلما زاد نقص الكتلة كلما اشتد الترابط بين النوكليونات وكلما أصبحت النواة في حالة مستقرة. ذلك يعني أنه من أجل فصل أحد جسيمات النواة فلا بد من تطبيق طاقة كبيرة عليها لبلوغ ذلك.

19. هل تعلم !!!! • إن معادلة اينشتاين هي أشهر المعادلات الفيزيائية في القرن العشرين، وتمثل هذه المعادلة إحدى نتائج نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين، وقد أدت تلك المعادلة فيما بعد إلى اكتشاف الطاقة النووية، واستغلت أول مرة ا في صناعة القنبلة الذرية التي ألقيت على مدينة هيروشيما وأخرى على ناجازاكي باليابان خلال الحرب العالمية الثانية وانتهت الحرب بسببهما. فكثير من الناس كان لا يصدقون بأن لنواة العناصر طاقة كبيرة بهذا القدر. ولو فكرنا قليلا بأن نضرب كتلة أي جسم أمامنا في سرعة الضوء لوجدنا طاقة هائلة، وسوف نتعجب عما يملكه أي جسم من طاقة حيث أن كتلة جسم صغير تنتج طاقة كبيرة.

20. عمل الطالبة : هياء حسن الدماعين . • إشراف الدكتورة : مي مصطفى احمد . • كلية العلوم ودراسات الإسلامية – قسم كيمياء – جامعة الأمير سلمان .