نظـائــر الهـيـدروجـيـن

عادل التونى الأحد يوليو 27, 2008 10:24 pm

نظـائــر الهـيـدروجـيـن

الـديـوتيـريـوم (D)

الديوتيريوم ويُسَمَّى أَيضًا الهيدروجين الثَّقيل (لأنّ وزنه الذّرّيّ مزدوج تقريبًا بالنسبة للهيدروجين العاديّ) ، وهو نظير مستقر للهيدروجين .(يوجد بنسبة 0.015 %) ورَمْزُه الكيميائي D ، وعدده الكتلي اثنان. ( الغاز قابل للاشتعال ثنائيّ الذّرّة و غير سامّ و عديم الرّائحة و عديم اللّون . شبيه بالهيدروجين الجزيئيّ) . و يوجد في الهيدروجين الطبعي والماء وبعض المركبات الهيدروجينية بمعدل جزء واحد (D ) في كل (6670 ذرة هيدروجين) , أي أن الديوتيريوم يشكل واحد الى ستةالآف جزء من الماء الموجود في المحيطات . وهذا يعني أن كميته في الماء الموجود على سطح الأرض تقدر بحوالي (50000000000000طن) . وتبلغ الطاقة الإندماجية التي يمكن انتاجها من كل متر مكعب من الماء ( مايعادل 30 جرام D ) حوالي (8000000000000جول) وهو ما يكافئ طاقة حرق 1360 برميل زيت أو 270 طن من الفحم . وبذلك فإنه لو قدر إنتاج الطاقة من الإندماج النووي باستخدام الديوتيريوم الطبعي فإنها قد تكفي لتغطية حاجة دول العالم من الطاقة لأكثر من بليون سنة . والديوتيريوم جزء أَساسي من القُنْبلة الهيدروجينيَّة.

اكتــشافــــه

أَعلن هارولد كليتون يوري وهو كيميائي أَمريكي، عن اكتشافه للدِّيوتريوم عام 1932م. وقد طبَّق يوري نظريَّات نيلز بورْ عن الذَّرة على ذرَّة الهيدروجين. فقطَّر الهيدروجين السَّائل، وتتبَّع الدِّيوتريوم في السَّائل المتبقي. وقد حصل يوري على جائزة نوبل لعام 1934م عن اكتشافه. وكان جيلبرت نيوتن. لويس، وهو كيميائي أَمريكي، أَوَّل من فصل أُكسيد الدِّيوتريوم عن الماء العادي سنة 1932م.

خصـائصـه

تبلغ كتلة ذرَّة الديوتريوم حوالي ضعفي كتلة ذرَّة الهيدروجين العاديَّة. وتحتوي نواة ذرَّة الهيدروجين العادية على بروتون واحد فقط . ويبلغ الوزن الذري لذرَّة الهيدروجين (1,0079) وتحتوي نواة الدِّيوتريوم وتسمَّى الديوترون على بروتون ونيوترون. ويبلغ الرقم الكتلي للديوتريوم (2.01410) ولذرات الدِّيوتريوم، وذرات الهيدروجين العادي، إلكترون واحد.

ويتفاعل الدِّيوتريوم كيميائياً بالطريقة نفسها التي يتفاعل بها الهيدروجين العادي، ولكنَّه في العادة يتفاعل بصورة أبطأ وأَقل اكتمالاً.
ويتَّحِدُ الدِّيوتريوم مع الأُكسجين لتكوين أُكسيد الديوتريوم D2O. (الماء الثقيل). ويُستخدم أُكسيد الديوتريوم مُخَفِّضاً للسُّرعة في المفاعلات النَّووية ذات الماء الثَّقيل لخفض سرعة النيوترونات المنطلقة في التَّفاعل النَّووي المتسلسل ( النيوترونات البطيئة أَفضل من النيوترونات السَّريعة توليدًا للانشطار ـ انقسام الذَّرة إلى قسمين ).

استعمــالاتـــه

يستخدم الدِّيوتريوم في أَبحاث الفيزياء الذَّرية، والكيمياء الحيويَّة، والكيمياء.
وكثيرًا ما يستخدم العلماء الدِّيوتريوم لدراسة التَّفاعلات العضويَّة، والكيميائية الحيوية. وفي العملية التي تُعْرَفُ بعملية تصنيف الديوتريوم تقوم ذرَّة الهيدروجين الثَّقيل بمهمة الكاشف، أو المتتبِّع النَّظيري، وذلك بالعمل بدلاً من واحدة أَو أَكثر من ذرَّات الهيدروجين العاديَّة الموجودة في الجزيء. وبعد أَن يتمَّ التَّفاعل يمكن تحديد موقع الدِّيوتريوم عن طريق دراسات التَّحليل الطَّيفي. وتقدم هذه التَّقنية للعلماء معلومات مهمة لتعريفهم بكيفيَّة حدوث التَّفاعل.
يستخدم العلماء الديوترونات، بوصفها جسيمات للقذف، في مسرِّعات الجُسَيمات. وتستطيع إِحدى هذه الوسائل المُسَمَّاة بالسيكلوترون تسريع الدِّيوترونات، إِلى مستويات من الطَّاقة تبلغ ملايين أو حتى بلايين من الإِلكترون فولت. وعندما تصيب هذه الجسيمات المادة المستهدفة فإنَّها تُغيِّر تركيب ذرَّاتها، وتُشَكِّل عنصرًا جديدًا أو نظيرًا جديداً للعنصر الأصلي . كما يستخدم الدِّيوتريوم كبديل للهيدروجين في عروض اللّوح المستوية و السّخّانات الشّمسيّة ]
===============
الـتـريــتـيـوم (T)

التريتيوم هو النظير المشع الوحيد للهيدروجين (H ) أكتشف عام1934 م . ويبلغ عدده الكتلي ثلاثة وهو نظير غير مستقر ، ويحتوي على بروتون واحد مضافًا إِليه نيوترونان، ويبلغ وزنه ثلاثة أضعاف وزن الهيدروجين العادي. (الغاز عديم الرّائحة عديم اللّون, أخفّ من الهواء) . ولديه عمر نصفيّ يبلغ 12.3 سنة . يرجع أصل الاسم تريتيوم إلى الكلمة اللاتينية Triومعناها ثلاثة . التريتيوم حاضر بصورة طبيعيّة كنسبة مئويّة صغيرة جدًّا من الهيدروجين العاديّ في الماء, ( التريتيوم حاضر في الماء ( سائل و بخار ) بسبب عمليّات طبيعيّة في الجوّ, بالإضافة إلى الغبار الذّرّيّ من اختبارات الأسلحة النّوويّة الجوّيّة السّابقة و عمليّة المفاعلات النّوويّة و محطّات إعادة معالجة الوقود ) . التريتيوم أُنْتِجَ بالإنشطار في اختبارات الأسلحة النّوويّة و في مفاعلات الطّاقة النّوويّة, بمحصول حوالي 0.01 % , ذرّة واحدة من التريتيوم تُنْتَج لكلّ 10,000 انشطار
وينحل (يتفكك) التريتيوم ليكون الهيليوم .

وعمر النصف له 12.36 سنة حيث يتحلل ليعطي جسيم بيتا كما أنه يعد نادر الوفرة في الطبيعة حيث يوجد بمقدار ذرة واحدة تريتيوم (T) في كل (1000000000000000000) ذرة هيدروجين , ويقدر مخزون العالم من التريتيوم الطبعي بحوالي عشرين كيلو جرام . يتطلب إنتاج واحد جيجا وات حراري من مفاعل اندماجي (D - T ) الى حوالي 140 جم من التريتيوم في اليوم , ومما لا شك فيه فإن هذه الكمية من التريتيوم تعد كمية كبيرة للغاية إذا ما قورنت بكميته الموجودة في الطبيعة , عليه فهناك ضرورة ملحة لتصنيع التريتيوم بكميات تجارية بغية تشغيل مفاعلات الإندماج النووي المستخدم فيها التريتيوم . ويمكن انتاج التريتيوم بكميات تجارية كبيرة على نطاق واسع عن طريق تشعيع الليثيوم بالنيترونات .

اسـتـخـدامــاتــه

يستخدم التريتيوم في استخراج الطاقة الذرية بالاندماج .

كما يحدث في القنبلة الهيدروجينية.
ولأن التريتيوم عنصر مشع وتنطلق منه جسيمات بيتا ذات طاقة منخفضة فإنه كثيراً ما يستخدم كعنصر كاشف في بعض التفاعلات .
وعندما ينطلق خليط من الدِّيوتريوم والتريتيوم نتيجة انفجار ذرِّي، يحدث تفاعل نوويّ حراريّ متسلسل فتندمج ذرات نظائر الهيدروجين معًا، وتنطلق كمية كبيرة من الطَّاقة.

ويعد كل من الدِّيوتريوم والتريتيوم من أهم مصادر الوقود الأساس الذي يعد جوهر الإندماج النووي وذلك بالإضافة الى الليثيوم