Processing math: 100%

گاما رو نصب کن!

اعلان ها
اعلان جدیدی وجود ندارد!
کاربر جدید

جستجو

میتونی لایو بذاری!
درحال دریافت اطلاعات ...

درسنامه آموزشی شیمی (1) کلاس دهم رشته ریاضی و تجربی با پاسخ فصل اول: آیا همه‌ی اتم‌های یک عنصر پایدارند؟

آخرین ویرایش: 15:58   1401/03/28 77364 گزارش خطا

آیا همۀ اتم‌های یک عنصر پایدارند؟

بررسی‌ها نشان می‌دهد که اغلب در یک نمونۀ طبیعی از عنصری معین، اتم‌های سازنده، جرم یکسانی ندارند. برای مثال بررسی یک نمونه منیزیم نشان می‌دهد که همۀ اتم‌های منیزیم در این نمونه یکسان نیست، بلکه مخلوطی از سه هم مکان (ایزوتوپ) هستند (شکل 3).

شکل 3- ایزوتوپ‌های منیزمی در یک نمونۀ طبیعی از آن.
شکل 3- ایزوتوپ‌های منیزم در یک نمونۀ طبیعی از آن.

خود را بیازمایید (صفحهٔ 5 کتاب درسی)

 

1- در علوم سال هشتم آموختید که هر عنصر را با نماد ویژه‌ای نشان می‌دهند. در این نماد، تعداد ذر‌ه‌های زیر اتمی را نیز می‌توان مشخص کرد. هرگاه بدانید که اتمی از آهن 26 پروتون و 30 نوترون دارد، با توجه به الگوی زیر مشخص کنید که Z و A هر کدام، چه کمیتی را نشان می‌دهد؟

Z: عدد اتمی، نشانگر تعداد پروتون‌های (p) یک اتم است.
A: عدد جرمی، نشانگر مجموع تعداد پروتون و نوترون‌های (p+n) یک ماده است.

2- با توجه به نماد ایزوتوپ‌های منیزیم (شکل 3) جدول زیر را کامل کنید.

ویژگی / نماد ایزوتوپ A Z تعداد الکترون تعداد نوترون
2412Mg    24 12 12 12
2512Mg  25 12 12 13
2612Mg  26 12 12 14

ایزوتوپ‌های یک عنصر دارای Z یکسان اما A متفاوت هستند. خواص شیمیایی اتم‌های هر عنصر به عدد اتمی (Z) آن وابسته است؛ از این رو اتم‌های منیزیم همگی خواص شیمیایی یکسانی دارند و در جدول دوره‌ای عنصرها تنها یک مکان را اشغال می‌کنند؛ این در حالی است که همین ایزوتو‌پ‌ها در خواص فیزیکی وابسته به جرم، مانند چگالی با یکدیگر تفاوت دارند. 

آیا می‌دانید

در میان ایزوتوپ‌های کربن، 146C خاصیت پرتوزایی دارد و با استفاده از آن سن اشیای قدیمی و عتیقه‌ها را تخمین می‌زنند؛ برای نمونه پژوهشگران می‌پنداشتند که کشور مصر مهد صنعت فرشبافی بوده است؛ اما با پیدا شدن فرشی به نام پازیریک (Pazyryk) در کوه‌های سیبری و تعیین قدمت آن با استفاده از 14C، مشخص شد که این فرش به  2500 سال پیش تعلق دارد و مهد آن ایران بوده است.

ایزوتوپ‌های کربن

با هم بیندیشیم (صفحهٔ 6 کتاب درسی)

 

1- داده‌های جدول زیر را به دقت بررسی کنید؛ سپس به پرسش‌های مطرح شده پاسخ دهید.

17H 16H 15H 14H 13H 12H 11H نماد ایزوتوپ / ویژگی ایزوتوپ
2/3×1023 ثانیه 2/9×1022 ثانیه 9/1×1022 ثانیه 1/4×1022 ثانیه 12/32 سال پایدار پایدار نیم عمر
0 (ساختگی) 0 (ساختگی) 0 (ساختگی) 0 (ساختگی) ناچیز 0/0114 99/9885 درصد فراوانی در طبیعت

آ) چه شباهت‌ها و چه تفاوت‌هایی میان این ایزوتوپ‌ها وجود دارد؟
عدد اتمی یکسان ولی عدد جرمی متفاوتی دارند. خواص شیمیایی یکسان ولی خواص فیزیکی متفاوتی دارند.
ب) یک نمونۀ طبیعی از عنصر هیدروژن، مخلوطی از چند ایزوتوپ است؟
ایزوتوپ‌هایی که فراوانی آنها در طبیعت بیشتر از صفر است. چون سه ایزوتوپ در طبیعت یافت می‌شود، بنابراین مخلوطی از 3 ایزوتوپ است.
پ) نیم عمر هر ایزوتوپ نشان می‌دهد که آن ایزوتوپ تا چه اندازه پایدار است. کدام ایزوتوپ هیدروژن از همه ناپایدارتر است؟
در بین ایزوتوپ‌­های طبیعی 31Mg از همه ناپایدارتر است و در ایزوتوپ­‌های ساختگی که همگی ناپایدارند، 71Mg ناپایدارتر است.
ت) هستۀ ایزوتوپ‌های ناپایدار، ماندگار نیست و با گذشت زمان متلاشی می‌شود. این ایزوتوپ‌ها پرتوزا هستند و اغلب بر اثر تلاشی افزون بر ذره‌های پرانرژی، مقدار زیادی انرژی نیز آزاد می‌کنند. انتظار دارید چند ایزوتوپ هیدروژن پرتوزا باشد؟
در بین ایزوتوپ‌های طبیعی 31Mg و در بین ایزوتوپ‌های ساختگی همگی پرتوزا هستند، بنابراین 5 ایزوتوپ هیدروژن پرتوزا هستند.
ث) اغلب هسته‌هایی که نسبت شمار نوترون‌ها به پروتون‌های آنها برابر یا بیش از 1/5 باشد، ناپایدارند و با گذشت زمان متلاشی می‌شوند. چند ایزوتوپ هیدروژن دارای این ویژگی است؟
همه ایزوتوپ‌هایی که عدد جرمی آنها بزرگتر یا مساوی 3 است. (5 ایزوتوپ)
ج) اگر ایزوتوپ های پرتوزا و ناپایدار، رادیوایزوتوپ نامیده شود، چه تعداد از ایزوتوپ‌های هیدروژن، رادیوایزوتوپ به شمار می‌رود؟
همه ایزوتوپ‌هایی که عدد جرمی آنها بزرگتر یا مساوی 3 است. (5 ایزوتوپ)
چ) درصد فراوانی هر ایزوتوپ در طبیعت نشان دهندۀ چیست؟ توضیح دهید.
پایداری آن ایزوتوپ، هر چه درصد فراوانی بیشتر باشد، پایدارتر است.
2- شکل زیر شمار تقریبی اتم‌های لیتیم را در یک نمونه طبیعی از آن نشان می‌دهد. با توجه به آن، درصد فراوانی هر یک از ایزوتوپ‌های لیتیم را حساب کنید.
73Li=4750×100=94 درصد فراوانی
73Li=350×100=6 درصد فراوانی

تکنسیم، نخستین عنصر ساخت بشر

از 118 عنصر شناخته شده، تنها 92 عنصر در طبیعت یافت می‌شود؛ این بدان معنا است که 26 عنصر دیگر ساختگی است. شیمی‌دان‌ها همواره با یافتن کاربردهای منحصر به فرد هر عنصر، انگیزۀ کافی برای ساختن عنصرهای جدید را داشته اند. تکنسیم (9943Tc) نخستین عنصری بود که در واکنشگاه (راکتور) هسته‌ای ساخته شد. این رادیوایزوتوپ در تصویر برداری پزشکی کاربرد ویژه‌ای دارد (شکل 4).

شکل 4ــ آ( غدۀ پروانهایشکل تیروئید در بدن انسان ب( تصویر غدۀ تیروئید سالم پ( تصویر غدۀ تیروئید ناسالم
شکل 4- آ) غدۀ پروانه‌ای شکل تیروئید در بدن انسان ب) تصویر غدۀ تیروئید سالم پ) تصویر غدۀ تیروئید ناسالم

همۀ 99Tc موجود در جهان باید به طور مصنوعی و با استفاده از واکنش‌های هسته‌ای ساخته شود. از آنجا که نیم عمر آن کم است و نمی‌توان مقادیر زیادی از این عنصر را تهیه و برای مدت طولانی نگهداری کرد، بسته به نیاز، آن را با یک مولد هسته‌ای تولید و سپس مصرف می‌کنند.

ما می‌توانیم

رادیو ایزوتوپ‌ها اگرچه بسیار خطرناک هستند، اما پیشرفت دانش و فناوری، بشر را موفق به مهار و بهره گیری از آنها کرده است، به طوری که از آنها در پزشکی، کشاورزی و سوخت در نیروگاه‌های اتمی استفاده می‌شود. اورانیم شناخته شده‌ترین فلز پرتوزایی است که یکی از ایزوتوپ‌های آن، اغلب به عنوان سوخت در راکتورهای اتمی به کار می‌رود (شکل 5).

شکل 5- یکی از کاربردهای مواد پرتوزا، استفاده از آنها در تولید انرژی الکتریکی است.

این ایزوتوپ، 235U بوده که فراوانی آن در مخلوط طبیعی از 0/7 درصد کمتر است. دانشمندان هسته‌ای ایران با تلاش بسیار موفق شدند مقدار آن را در مخلوط ایزوتوپ‌های این عنصر افزایش دهند. به این فرایند، غنی سازی ایزوتوپی گفته می‌شود. فرایندی که یکی از مراحل مهم چرخۀ تولید سوخت هسته‌ای است. با این کامیابی ستودنی، نام ایران در فهرست ده گانۀ کشورهای هسته‌ای جهان ثبت شد. با گسترش این صنعت می‌توان بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز کشور را تأمین نمود (شکل 6).

شکل 6 - برخی رادیوایزوتوپ‌های تولید شده در ایران
شکل 6- برخی رادیوایزوتوپ‌های تولید شده در ایران

پسماند راکتورهای اتمی هنوز خاصیت پرتوزایی دارد و خطرناک است؛ از این رو دفع آنها از جمله چالش‌های صنایع هسته‌ای به شمار می‌آید.

آیا می‌دانید

59Fe یک رادیوایزوتوپ است و در تصویر برداری از دستگاه گردش خون به کار می‌رود زیرا یون‌های آن درساختار هموگلوبین وجود دارند. به گلوکز حاوی اتم پرتوزا، گلوکز نشان دار می‌گویند.

با هم بیندیشیم (صفحهٔ 9 کتاب درسی)

 

توده‌های سرطانی، یاخته‌هایی هستندکه رشد غیرعادی و سریع دارند. شکل زیر اساس استفاده از رادیو ایزوتوپ‌ها را برای تشخیص تودۀ سرطانی نشان می‌دهد. با بررسی آن، فرایند تشخیص بیماری را توضیح دهید. دود سیگار و قلیان، مقدار قابل توجهی مواد پرتوزا دارد. از این رو اغلب افرادی که به سرطان ریه دچارمی‌شوند، سیگاری هستند.
برای تشخیص سلول‌های سرطانی، ماده رادیوایزوتوپ (گلوکز حاوی اتم پرتوزا) به بدن فرد تزریق می‌شود. رادیوایزوتوپ‌ها در بافت‌هایی که متابولیسم بیشتری دارند، تجمع بیشتر دارند. بنابراین از طریق دستگاه گردش خون، این مواد پرتوزا و گلوکزهای معمولی به توده سرطانی که رشد سریعی دارند، وارد می‌شوند. 
درون توده‌های سرطانی، رادیو ایزوتوپ شروع به پرتودهی می‌کند و خود بافت منبع تابش پرتو می‌شود و پرتوهایی با انرژی مناسب برای آشکارسازی ساطع می‌شود  که دستگاه آشکارساز پرتو می‌تواند به اشکاری سازی این پرتوها کمک کند.

توده‌های سرطانی در بدن

آیا می‌دانید

پژوهش‌ها نشان می‌دهد که مقادیر بسیار کمی از مواد پرتوزا در همه جا یافت می‌شود.
البته میزان پرتوهای تابش شده بسیار اندک است و به طور معمول بر سلامت ما اثری نمی‌گذارد. یکی از فراوان‌ترین مواد پرتوزا که در زند گی ما یافت می‌شود، گاز رادون است. رادون، گازی بی رنگ، بی بو، بی مزه و سنگین‌ترین گاز نجیب موجود در طبیعت است. این گاز پیوسته در لایه‌های زیرین زمین در واکنش‌های هسته‌ای تولید می‌شود و به دلیل دما و فشار زیاد در آن لایه‌ها به منافذ و ترک‌های موجود در سنگ‌های سازندۀ پوستۀ زمین نفوذ می‌کند.