واکنش های هسته ای، فیزیکی یا شیمیایی

واکنش‌های هسته‌ای نه صرفاً شیمیایی هستند و نه صرفاً فیزیکی، اگرچه جنبه‌های هر دو را دارند. آنها اساساً با واکنش های شیمیایی معمولی متفاوت هستند، اما تغییراتی در خواص فیزیکی دارند. در اینجا یک تفکیک وجود دارد:

مقایسه واکنش های فیزیکی، شیمیایی و هسته ای را اینجا ببینید.

در واکنش فیزیکی ماهیت مواد تغییر نمی کند برای مثال آب که بخار می شود همچنان آب است و با میعان دوباره مایع می شود.

اما در واکنش شیمیایی مواد خواص قبلی خود را از دست داده و خواص جدیدی پیدا می کند. برای نمونه وقتی فلز خطرناک سدیم با گاز سمی کلر ترکیب می شود، سدیم کلرید(نمک خوراکی) تشکیل می شود که خواص آن به کلی با خواص عنصر سدیم و عنصر کلر تفاوت دارد.

چرا واکنش های هسته ای دقیقآ شیمیایی نیستند:

• در واکنش های هسته ای الکترون ها دخیل نیستند: واکنش های شیمیایی شامل برهمکنش الکترون ها در لایه بیرونی اتم ها برای ایجاد و یا شکستن پیوندها است. واکنش های هسته ای شامل تغییراتی در هسته است که الکترون ها را درگیر نمی کند.

• در واکنش های هسته ای عناصر تبدیل می شوند: در واکنش های شیمیایی، هویت عنصری اتم ها ثابت می ماند، اما در واکنش های هسته ای، هویت عناصر می تواند با تبدیل هسته آنها تغییر کند.

• در واکنش های هسته ای جرم حفظ نمی شود: در واکنش های شیمیایی، تعداد اتم های درگیر ثابت می ماند و جرم کلی سیستم حفظ می شود (با تغییرات بسیار کوچک) که به آن قانون بقای جرم می گویند. در واکنش های هسته ای، جرم را می توان با استفاده از معادله E=mc² به انرژی و بالعکس تبدیل کرد.

چرا واکنش‌های هسته‌ای، اغلب واکنش‌های فیزیکی نیستند:

• تغییر در هسته اتمی: واکنش های فیزیکی به طور کلی شامل تغییرات در ویژگی های فیزیکی (به عنوان مثال، تغییر فاز، تغییر شکل)، نه تغییر در هویت هسته اتم ها است. واکنش های هسته ای ساختار هسته اتم را تغییر می دهد.

• تشکیل ماده جدید: واکنش های هسته ای اغلب با ایجاد اتم های جدید یا ذرات زیراتمی همراه است. تغییرات فیزیکی معمولاً اشکال جدیدی از ماده ایجاد نمی کند. بنابر این تبدیل یک ایزوتوپ به ایزوتوپ دیگر همان عنصر(برای نمونه تبدیل هیدروژن معمولی به دوتریوم) تغییر فیزیکی است چون همچنان هیدروژن داریم و خانه آن در جدول تناوبی و آرایش الکترونی آن تغییر نمی کند اما تبدیل هیدروژن به هلیوم، یک واکنش شیمیایی است چون ماهیت ماده و خانه ی آن در جدول تناوبی و آرایش الکترونی آن تغییر می کند.

واکنش های هسته ای: یک مورد ترکیبی( A Hybrid Case)

تغییرات فیزیکی انجام می شود: واکنش‌های هسته‌ای، در حالی که تفاوت اساسی با واکنش‌های شیمیایی و فیزیکی دارند، شامل تغییراتی در خواص فیزیکی هسته‌ها مانند جرم، بار، اسپین و سطوح انرژی می‌شوند. بنابر این از این نظر یک تغییر فیزیکی به حساب می آید.

• اصول فیزیک حاکم است: واکنش های هسته ای بر اساس اصول فیزیک هسته ای به جای اصول شیمیایی اداره می شوند.

• فرآیند ترکیبی: از این نظر، واکنش‌های هسته‌ای را می‌توان به عنوان یک فرآیند ترکیبی شامل واکنش‌های شیمیایی (تبدیل عناصر) و فیزیکی (تغییر خواص) اما اساساً از هر دو متمایز دانست.

تغییر شیمیایی انجام می شود: از آنجایی که در بیشتر واکنش های هسته ای عناصر جدیدی تشکیل میشوند در این گونه موارد تعریف واکنش شیمیایی صدق می کند. پس می توان آن را واکنش شیمیایی در نظر گرفت.

نتیجه گیری:

می توان از یک نظر واکنش ها را به دو گروه فیزیکی و غیر فیزیکی تقسیم کرد و واکنش های غیر فیزیکی را به دوگروه واکنش های شیمیایی (تغییر در الکترون های لایه ظرفیت) و واکنش هسته ای(تغییر در هسته ی اتم ها) تقسیم کرد به صورت زیر:

سرچشمه ها:

https://news.mit.edu/2019/physics-how-evaporation-works-0610

https://fphoto.photoshelter.com/image/I0000V_2w31lWFCM

Basics of Nuclear Fission