چرا بعضی از ایزوتوپها ناپایدار هستند؟_شیمی۱۰_فصل۱

[מַברִיק]

چرا بعضی از ایزوتوپها ناپایدار هستند؟

دو قاعده کلی و نسبی درباره ناپایداری ایزوتوپها وجود دارد:

قاعده اول: نسبت نوترون به پروتون. طبق این قاعده اگر در ایزوتوپی نسبت نوترون به پروتون مساوی یا بزرگتر از ۱/۵ باشد آن ایزوتوپ اغلب ناپایدار خواهد بود. البته تعدادی استثنا برای این قاعده وجود دارد مثلا در تکنسیم نسبت نوترون به پروتون زیر ۱/۵ بوده ولی ناپایدار است همچنین در ایزوتوپ ۱۹۵ پلاتین این نسبت بالای ۱/۵ بوده ولی پایدار است.

قاعده دوم: عدد اتمی. همۀ هسته هایی که ۸۴ یا بیش از این تعداد، پروتون دارند، ناپایدار هستند. اتم بیسموت با عدد اتمی ۸۳ به عنوان مرز در نظر گرفته می شود. عناصر با عدد اتمی بالاتر از بیسموت ناپایدار در نظر گرفته می شوند البته سه ایزوتوپ قبل از بیسموت (ایزوتوپ ۳ هیدروژن، Tc و Pm) هم ناپایدار هستند.

از مجموع این دو قاعده می توان نتیجه گرفت با افزایش تعداد پروتون و نوترون در هسته، آن هسته ناپایدار می شود اما علت چیست؟ می توان به این صورت پاسخ داد:
در هسته دو نیرو بین ذرات وجود دارد: اولی نیروی رانش کولنی که پروتونها با بار مثبت را از همدیگر می راند این نیرو ضعیف ولی بلندبرد است.
دومی نیروی ربایش هسته ای که میان همهٔ سازنده های هسته حتی پروتون ها و
نوترون ها وجود دارد. از دیدگاه نیروی هسته ای تفاوتی میان پروتون و نوترون وجود ندارد، این نیرو بسیار قوی ولی کوتاه برد است.
در اتمها با عدد اتمی کوچکتر، نیروی ربایش هسته ای بر نیروی رانش کولنی غلبه می کند چون ذرات نوترون و پروتون به همدیگر نزدیک هستند، با افزایش عدد اتمی و تعداد نوترونها، این ذرات از همدیگر فاصله می گیرند در نتیجه نیروی ربایش هسته ای ضعیفتر شده (به دلیل کوتاه برد بودن) ولی نیروی رانش به دلیل بلندبرد بودن همچنان دافعه ایجاد می کند و در نهایت نیروی رانش بر نیروی هسته ای غلبه کرده و هسته ناپایدار می شود.
ایزوتوپ هایی که هستهٔ ناپایدار دارند با گذشت زمان واپاشیده شده و سرانجام به هسته ها یا ایزوتوپ های پایدارتر تبدیل می شوند.

#شیمی۱۰_فصل۱