تفاصيل العنصر: [1] - [H] الهيدروجين

element.nameElectron Panel Modal created by GPPT Lab1رقم الذرةHالرمزالهيدروجينالاسمغير معدنيالفئة1.0المجموعةغازالحالةالمكتشفهنري كافنديش1766السنة1,008uالكتلة الذرية28,836kJ/molالحرارة المولية120,00الشعاع الذري1.0المجموعةg/cm30,090- الكثافة1.0الجدول20,300°Kالغليان13,990°Kألانصهار
الإلكتروناتelement.nameElectron shell created by GPPT Lab contact@gppt.tnH1
البروتونات والنيوتروناتelement.nameElectron shell created by GPPT Lab contact@gppt.tn1 نوترون1 بروتون
ترتيب الإلكترونات6s6p6d7s7p5s5p5d5f4s4p4d4f3s3p3d2s2p1s7d7g7f7h7i6g6f6h5gدرجة 1درجة 2درجة 3درجة 4درجة 5درجة 6درجة 7
إلكترونبروتوننيوترونالنظائر1111%1{n}1%{{n}Copyright © 2023, All Right Reserved Tidjma.tn
Big Bang Model10–43Température (°C)بلازما الكواركات والغلوناتquarks , electrons and gluons soupSoupe de quarks, électrons et gluonsتكوين ذرات الهيدروجين والهيليومHydrogen & Helium, Atomes FormationFormation des Atomes d'Hydrogène & Hélium010–3210–610131081030-200-2701024101510910271061012101810211028131 second3 minutes300 000300 000 Years1 Billion Years1By5By10By13ByPresent104ظهور الإنسانAppearance of manApparition de l'homme9 Byتشكيل النظام الشمسيFormation of the solar systemFormation du système solaire13.6 Age o Universبداية تشكل النجوم والمجراتBeginning of formation of stars and galaxiesDébut de formation des Etoiles et Galaxiesتشكيل البروتون النوترونProton Neutron FormationFormation des Protons et Neutronsظهور الفوتوناتPhotons ApparitionApparition des Photonsانقراض الديناصوراتExtinction of the DinosaursExtinction des DinosauresCopyright © 2023, All Right Reserved Tidjma.tnCopyright © 2023, All Right Reserved Tidjma.tn
nm400450500550600650700
>ROYGBV38045038057062075059010241022102010181016101410121010108106104102100ν (Hz)10810610410210010-210-410-610-810-1010-1210-1410-16Visible SpectrumIncreasing Wavelength (λ)λ (m)Increasing Frequency (ν)Copyright © 2023, All Right Reserved Tidjma.tnCopyright © 2023, All Right Reserved Tidjma.tnγ raysX raysUVIRMicrowaveFMAMEHFLong Radio WavesSHFUHFVHFHFMFLF

أبسط الذرات: الهيدروجين ونظائره

الهيدروجين، وهو عنصر كيميائي يُرمز له بالرمز H ورقمه الذري 1، هو أخف عنصر في الجدول الدوري. تبلغ كتلته الذرية 1.00794 u، وهو أكثر المواد الكيميائية وفرة في الكون، حيث يشكل حوالي 75% من جميع الكتل الباريونية. هذه الذرة البسيطة، المكونة من بروتون واحد وإلكترون واحد، تشكل لبنة بناء لعدد لا يحصى من الجزيئات وتلعب دورًا حيويًا في العديد من العمليات الطبيعية.

ومع ذلك، فإن قصة الهيدروجين لا تنتهي عند هذا الحد. فهو موجود في ثلاثة أشكال نظائرية طبيعية، كل منها يتميز بخصائص فريدة وتبعات عميقة لمختلف المجالات العلمية:

الأساسيات: بروتون واحد، لكن بأشكال متعددة

تتكون ذرة الهيدروجين القياسية، التي يُرمز لها بـ ¹H، من بروتون واحد وإلكترون واحد. وبالتالي، فإن نواتها بسيطة للغاية. ولكن الهيدروجين موجود في شكلين نظيرين طبيعيين آخرين: الديوتيريوم (²H أو D) والتريتيوم (³H أو T).

  • الديوتيريوم: يحتوي هذا النظير على بروتون واحد ونيوترون واحد في نواته، مما يجعله أثقل مرتين من ذرة الهيدروجين القياسية. وهو نظير مستقر موجود بكميات ضئيلة (حوالي 0.015%) في الماء الطبيعي.

  • التريتيوم: يحتوي التريتيوم على بروتون واحد واثنين من النيوترونات، مما يجعله أثقل من الديوتيريوم. وهو مشع، مع عمر نصف يبلغ 12.3 عامًا، ويتحلل إلى هيليوم-3 عبر انحلال بيتا.

النظائر: أوجه التشابه والاختلاف

على الرغم من اختلاف عدد النيوترونات، فإن جميع نظائر الهيدروجين الثلاثة تشترك في الخصائص الكيميائية نفسها، لأنها تحتوي على نفس عدد البروتونات والإلكترونات. وهذا يعني أنها تشارك في نفس التفاعلات الكيميائية وتشكل مركبات مماثلة. ومع ذلك، فإن وجود نيوترونات إضافية يؤدي إلى بعض الاختلافات الأساسية:

  • الكتلة: الديوتيريوم والتريتيوم أثقل بشكل كبير من البروتيوم. هذه الاختلافات في الكتلة تؤثر على خواصها الفيزيائية، مثل نقطة الغليان ومعدل الانتشار وديناميكيات التفاعل.

  • الخصائص النووية: تُعدّ إشعاعية التريتيوم أداة قيّمة في العديد من التطبيقات، بما في ذلك بحوث الاندماج النووي والتتبع الإشعاعي. بينما يلعب الديوتيريوم، كونه مستقرًا، دورًا في تفاعلات الاندماج النووي، وخاصة في الشمس.

تطبيقات نظائر الهيدروجين

أدت الخصائص الفريدة لنظائر الهيدروجين إلى استخدامها على نطاق واسع في مجالات مختلفة:

  • الديوتيريوم:

    • الاندماج النووي: الديوتيريوم هو عنصر رئيسي في تفاعلات الاندماج النووي، مثل تلك التي تحدث في الشمس. وهو يشكل حوالي 99.9% من الكتلة المشاركة في هذه التفاعلات.
    • مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (NMR): يُستخدم الديوتيريوم كمتتبع في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي لدراسة بنية وديناميكيات الجزيئات.
    • الماء الثقيل: يُستخدم أكسيد الديوتيريوم (D₂O)، المعروف أيضًا بالماء الثقيل، في المفاعلات النووية كمعتدل ومبرد، بالإضافة إلى كونه متتبعًا في الدراسات البيولوجية. يشكل الماء الثقيل حوالي 0.015% من الماء الموجود على الأرض.
  • التريتيوم:

    • التتبع الإشعاعي: تُعدّ إشعاعية التريتيوم أداة ممتازة للتتبع في الأبحاث البيولوجية والكيميائية. يُستخدم، على سبيل المثال، لدراسة معدل الأيض وحركة الجزيئات في الكائنات الحية.
    • الأسلحة النووية: التريتيوم هو عنصر أساسي في إنتاج قنابل الهيدروجين، حيث يلعب دورًا رئيسيًا في تفاعل الاندماج.
    • الاندماج النووي: يُستخدم التريتيوم في مفاعلات الاندماج التجريبية كمصدر للوقود. يجري البحث بنشاط في دور التريتيوم في مفاعلات الاندماج المستقبلية، حيث يمثل تكاثر التريتيوم تحديًا أساسيًا.

الخلاصة: ما وراء الأساسيات

تُقدم ذرة الهيدروجين البسيطة على ما يبدو مثالًا رائعًا للتنوع النظائري، مما يبرز كيف يمكن أن تؤدي الاختلافات الطفيفة في البنية النووية إلى اختلافات كبيرة في الخصائص والتطبيقات. من دوره في الاندماج النووي إلى استخدامه كمتتبع في البحث العلمي، يواصل الهيدروجين ونظائره لعب دور حيوي في فهمنا للكون وفي تطوير تقنيات جديدة. ويمتلك المستقبل وعودًا أكبر لهذه النظائر المتعددة الاستخدامات، بينما نستكشف تطبيقات جديدة في مجالات مثل إنتاج الطاقة والتصوير الطبي.

إلى