ბირთვული ქიმია

ბირთვული ქიმია — ქიმიური მეცნიერების ახალი დარგი, რომელიც ბირთვული ფიზიკისა და ქიმიის მიჯნაზეა. თავდაპირველად იგი ჩამოყალიბდა, როგორც ბირთვული ფიზიკის დარგი, რომელიც ქიმიური მეთოდების გამოყენებით (რადიოქიმია) განიხილავდა ატომთა თვისებებს და მათი ბირთვების გარდაქმნებს. ამჟამად ბირთვული ქიმია შეისწავლის ატომებისა და მოლეკულების ელექტრონული გარსების ისეთ ცვლილებას, რომელიც განპირობებულია ატომური ბირთვებისა და ელემენტარული ნაწილაკების გარდაქმნით.
ბირთვული ქიმიის მეთოდების გამოყენებით შეიძლება დადგინდეს ნივთიერების ატომმოლეკულური სტრუქტურა, ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები და ქიმიური რეაქციების მექანიზმი. ბირთვულ გარდაქმნებთან დაკავშირებული ქიმიური მოვლენები, კერძოდ, ატომებისა და მოლეკულების იონიზაცია, აღგზნება და ქიმიური რეაქციები საშუალებას იძლევა შევისწავლოთ ბირთვულ რეაქციაში მონაწილე ატომის ელექტრონული გარსის გარდაქმნის ბუნება. ბირთვული ქიმიის ამ ნაწილს მეცნიერული პრობლემატიკის თვალსაზრისით ბევრი რამ აქვს საერთო რადიაციულ ქიმიასთან, პლაზმოქიმიასთან, მაღალი ტემპერატურების ქიმიასთან. ყველა ამ დარგს აერთიანებენ მაღალი ენერგიის ქიმიური სახელწოდებით. ბირთვული ქიმიის ძირითადი მიმართულებები:
ბირთვული გამა-რეზონანსული (ბ გ-რ) ანუ მესბაუერის სპექტროსკოპია
იგი დამყარებულია რუდოლფ მესბაუერის მიერ 1958 წელს აღმოჩენილ ეფექტზე. ამ ეფექტის გამოყენებით შეიძლება განხორციელდეს ატომური ბირთვის მიერ γ-კვანტების რეზონანსული შთანთქმა ან გამოსხივება. მესბაუერის ეფექტმა დიდი გამოყენება პოვა კოორდინაციული და ორგანული ნაერთების სტრუქტურულ ქიმიაში. ამ მეთოდით მიღებულია მონაცემები ადსორბენტების ზედაპირზე ატომების დინამიკისა და ქიმიური მდგომარეობის შესახებ, მყარი სხეულების ზედაპირზე მიმდინარე რეაქციების შესახებ და სხვა.
γ-კვანტების კუთხური კორელაციის შეშფოთების მეთოდი
ბირთვული გამა-რეზონანსული მოვლენა შეიმჩნევა მხოლოდ ზოგიერთ ელემენტზე. γ-კვანტების კუთხური კორელანციის შეშფოთების (კკშ) მეთოდი და დამატებით შესაძლებლობას იძლევა შევისწავლოთ ელექტრონული გარსების ურთიერთქმედება ატომის ბირთვთან. ვინაიდან ბირთვის მიერ თანამიმდევრულად გამოსხივებული γ-კვანტის მიმართულებას შორის კუთხე დამოკიდებულია ატომის ან მოლეკულის ელექტრონული გარსის სტრუქტურაზე, ამიტომ კკშ მეთოდი შეიძლება გამოვიყენოთ მოლეკულის შიდა ველის, ატომებისა და მოლეკულების ელექტრული გარსების სტრუქტურის შესწავლისათვის საჭირო რაოდენობრივი ინფორმაციის მისაღებად.
პოზიტრონისა და პოზიტრონიუმის ქიმია
პოზიტრონისა (e+) და ელექტრონის (e-) ურთიერთქმედებასთან დაკავშირებული მოვლენები მოლეკულების ელექტრონული, რხევითი და ბრუნვითი დონეების შესწავლის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი მეთოდია. ეს მეთოდი ემყარება ელექტრონის მიერ პოზიტრონის ჩაჭერის გზით წყალბადისებრი ატომის პოზიტრონიუმის (ps) წარმოქმნის მოვლენას.
პოზიტრონიუმის სიცოცხლის ხანგრძლივობა მეტად მცირეა, ამიტომ პოზიტრონიუმს იყენებენ ძალიან სწრაფი ქიმიური რეაქციების შესასწავლად. ასეთ რეაქციებში ერთდროულად მონაწილეობენ პოზიტრონიუმი და კვლევის საგნად არჩეული ელემენტი (მაგ, წყალბადი). მათი ურთიერთქმედება გამოვლინდება პოზიტრონიუმის დაშლის მუდმივას ცვლილებაზე დაკვირვების გზით.
„ახალი ატომების“ ქიმია
ახალი ატომის მაგალითია პოზიტრონიუმი. იგი წყალბადისებრი ატომია: პოზიტრონი და ელექტრონი ქმნიან პროტონისა და ელექტრონის მსგავს სისტემას. პოზიტრონიუმის გარდა დღეისათვის ცნობილია მრავალი სხვა ახალი ატომი, ესენია: ა) წყალბადისებრი ატომები, რომლებშიც პროტონის როლს დადებითი მეზონი μ+ ასრულებს, რომლის ირგვლის მოძრაობს ელექტონი. ასეთ ატომს მიუონიუმი ეწოდება. ასევე წარმოიქმნება პიონიუმი. ბ) მრავალმუხტიანი ატომები, რომელთა გარსში ერთ-ერთი ელექტრონი შეცვლილია სხვა უარყოფითი ნაწილაკით.
არსებობს თეორიული მონაცემები იმისა, რომ მეზოატომებისა და მეზომოლეკულების წარმოქმნა μ=-მეზონების მონაწილეობით შეიძლება გამოყენებულ იქნეს წყალბადის იზოტოპებისაგან ჰელიუმის ბირთვის სინთეზისათვის.
ბირთვულ გარდაქმნებთან დაკავშირებული ქიმიური ეფექტები
გარდარქმნის პროცესში ატომის ბირთვი გამოასხივებს γ-კვანტებს ან ნაწილაკებს, რის გამოც უკუცემას განიცდის. უკუცემის ენერგია იმდენად დიდია, რომ ატომი წყვეტს ქიმიურ ბმას და დიდი სიჩქარით განჭოლავს გარემოს. განარბენის ბოლოს მას ან გარემოს მოლეკულა ჩაიჭერს, ან დარჩება თავისუფალ ატომად. უკუცემის ენერგიის მქონე „ცხელი“ ატომების რეაქციები მყარ სხეულებში. ბირთვული რეაქციების შედეგად წარმოქმნილი ცხელი ატომები საგრძნობ რადიაციულ ზემოქმედებას ახდენენ ნივთიერებაზე, რასაც ნივთიერების ფიზიკური და ქიმიური თვისებების მკვეთრი ცვლილება მოჰყვება.
ტრანსურანული ელემენტების სინთეზი
თანამედროვე ბირთვული ქიმიის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო დარგია ტრანსურანული ელემენტების სინთეზი. პირველი ტრანსურანული ელემენტი ნეპტუნიუმი (Np) მიიღეს 1940 წელს. ამჟამად 112-ე ელემენტის ჩათვლით ყველა სინთეზირებულია. ტრანსურანული ელემენტების თვისებების დადგენა და მათი მდგრადობის საზღვრის მონახვა ფიზიკისა და ბირთული ქიმიის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი ამოცანაა.
ლიტერატურა
მეცნიერება
ქიმია
მოლეკულური ქიმია