واكنش‌هاي هسته‌اي

واكنش‌هاي هسته‌اي با واكنش‌هاي شيميايي اين تفاوت را دارند كه در واكنش‌هاي هسته‌اي، چنانچه واكنش موجب تغيير تعداد پروتون‌هاي هسته شود، اتمي با عدد اتميِ متفاوت به دست مي‌آيد، درنتيجه در اين گونه واكنشها احتمال تبديل عنصري به عنصر ديگر وجود دارد، در صورتيكه در واكنش‌هاي شيميايي اين امكان وجود ندارد. برخي تغييرات هسته‌اي، به علت ناپايداري نوكلئيدها (هسته‌ها) به صورت طبيعي انجام مي‌شوند. برخي از هسته‌ها با از دست دادن يك كوانتوم تابش گاما واپاشيده (متلاشي) مي شوند. هسته‌هاي ناپايدار گوناگون ديگر با گسيل يك ذره بدون همراهي يا با همراهي يك كوانتوم متلاشي مي‌شوند و برخي با "گيراندازيِ – k" واپاشيده مي‌شوند. متداولترين ايزوتوپ اورانيم است. اورانيم با يك فرآيند طبيعيِ تبديل هسته‌اي با گسيل يك ذره‌ي آلفا (اتم هليم) واپاشيده مي‌شود و به توريم تبديل مي‌شود. نوكلئيد با گسيل يك ذره‌ي بتا (الكترون) واپاشيده مي شود و پروتكتينيم به دست مي آيد. فروپاشي‌هاي متوالي كه با آغاز مي‌شوند، به سرب كه نوكلئيدي پايدار است، ختم مي شوند. اين امكان نيز وجود دارد كه از داخلي‌ترين تراز انرژيِ هسته، يك الكترون جذب شود، اين فرآيند را گيراندازيِ -k مي‌نامند. زيرا در گذشته داخلي‌ترين تراز انرژي را ترازِ K مي‌ناميدند. حال يك تبديل هسته‌اي كه مستلزم گيراندازيِ K است را مورد توجه قرار مي‌دهيم. نوكلئيد پالاديم از راه گيراندازيِ-k واپاشيده مي‌شود. عدد اتمي آن يكي كم مي‌شود و عدد جرمي آن بدون تغيير باقي مي‌ماند، اتم جديد روديم است.
اما پايداري همه‌ي ايزوتوپهاي يك عنصر به يك اندازه نيست. ايزوتوپ پايدار ايزوتوپي است كه هسته‌ي آن خودبخود واپاشيده نشود و هسته‌ي ناپايدار هسته‌اي است كه خودبخود دچار نوعي تغيير (يكي از اين چهار تغيير: 1- واپاشي با گسيل پرتوي آلفا 2- واپاشي با گسيل ذره ي آلفا 3- واپاشي با گسيل ذره ي بتا 4- گيراندازيِ -k ) شود. قاعده‌هايي نيز وجود دارد كه مي‌توان با آنها ميزان پايداري نوكلئيدها را با هم مقايسه و تعيين كرد.
برخي تبديلات هسته‌اي طبيعي نيستند، مثل استحاله‌هاي هسته‌ايِ مصنوعي و ساخت عناصر مصنوعي.
ارنست رادرفورد در سال 1919 راجع به تبديل ازت به اكسيژن گزارش داد. به اين شرح كه تبديل، بر اثر تابش ذرات بر ازت صورت مي گيرد (ذرات‌ آلفا از فروپاشي طبيعيِ پلونيم به دست مي آيد). اين استحاله‌ي مصنوعي عنصري به عنصر ديگر بود كه براي نخستين بار مشاهده شد. در سال هاي بعد هزاران فرآيند تبديل هسته‌اي مورد بررسي قرار گرفت. در واكنش تبديل هسته‌اي فرض بر اين است كه ذره‌ي پرتابي (در مورد مثال يك ذره ي آلفا ) ابتدا به وسيله‌ي هسته جذب مي‌شود و در آن تحليل مي‌رود. آنگاه پس از يك لحظه ي كوتاه محصول فرعي از هسته‌ي نوبنياد گسيل مي‌شود. ) علاوه بر ذرات آلفا ذرات ديگري نيز مي‌توانند به عنوان پرتابي عمل كنند، مثلا" نوترون‌ها. با استفاده از ‌‌نوترون‌هاي كند مي‌توان ايزوتوپ‌هاي عنصرهايي را توليد كرد كه در طبيعت يافت نمي‌شوند. همچنين برخي از‌ ‌‌هسته‌هاي مصنوعي مصنوعي ساخته شده در اين روش راديواكتيو هستند.
عناصر با عددهاي اتمي بزرگتر از 92 را عناصر ترانس اورانيم يا فرا اورانيم مي‌نامند. هيچ يك از اين عنصرها در طبيعت يافت نمي شوند. اين عناصر با استفاده از بمباران نوتروني و عناصر با عددهاي اتمي بزرگتر از 100 با استفاده از بمباران بوسيله‌ي هسته‌ي عناصر ديگر به وجود مي‌آيند. . به عنوان مثال مندليفم از بمباران انيشتينيم به وسيله ي ذرات آلفا به وجود آمده است. بازده كم در توليد و نيمه عمر بسيار كوتاه از ويژگي‌هاي اين عناصر است كه تاكنون توليد شده اند. اين اتم ها نيمه عمر چند ثانيه اي داشته اند، اما آخرين ايزوتوپ لورنيسم توليد شده داراي نيمه عمر 216 دقيقه‌‌اي بوده است. دانشمندان هسته‌اي تصور مي‌كنند كه عناصري با عددهاي اتمي بزرگ تا 126 را بتوان توليد كرد.
چون عناصر پرتوزا به وسيله ي تابش‌هايي كه گسيل مي‌كنند به آساني رديابي مي‌شوند، مي‌توان از آنها به عنوان ردياب استفاده كرد. ردياب‌ها چند كاربرد عملي در شيمي دارند: در تجزيه‌ي كمي و در تعيين مكانيزم واكنش‌ها بسيار به كار گرفته شده اند. براي مثال استفاده از نوكلئيد پرتوزا به مطالعه‌ي فتوسنتز كمك فراوان رسانده است. براي عمرسنجي بعضي از اجسام نيز مي توان از هسته‌ي پرتوزاي طبيعي استفاده كرد.
با استفاده از نيمه عمر يك نوكلئيد، مي توان زمان مرگ موجودات زنده را تا حدود 20000 سال قبل سنجيد. با استفاده از روشي مشابه مي توان زمان تشكيل صخره‌ها را در گذشته‌هاي دور سنجيد.
عمرسنجي راديوكربن با استفاده از نسبت به در اجسام قديمي و نيمه عمر ، روشي است كه اغلب براي عمرسنجي اجسام قديمي ساخته شده از پارچه و چوب مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
در پزشكي نيز از اين عناصر راديواكتيو براي تشخيص و درمان استفاده مي‌شود. به عنوان مثال، يد جسمي است كه در غده‌ي تيروئيد جمع مي‌شود، از اين رو براي تشخيص و معالجه‌ي نارسايي‌هاي تيروئيد از پرتوزا استفاده مي‌شود.

تلاشي (فيسيون) اورانيم 235