Bài viết

4.8: Đồng vị: Khi số lượng neutron thay đổi


Mục tiêu học tập

  • Giải thích đồng vị là gì và đồng vị ảnh hưởng như thế nào đến khối lượng nguyên tử của một nguyên tố.
  • Xác định số proton, electron và nơtron của một nguyên tố có số khối cho trước.

Tất cả các nguyên tử của cùng một nguyên tố có cùng số proton, nhưng một số có thể có số neutron khác nhau. Nhưng một số nguyên tử cacbon có bảy hoặc tám nơtron thay vì sáu như bình thường. Các nguyên tử của cùng một nguyên tố khác nhau về số nơtron được gọi là đồng vị. Nhiều đồng vị xảy ra tự nhiên. Thông thường một hoặc hai đồng vị của một nguyên tố là ổn định và phổ biến nhất. Các đồng vị khác nhau của một nguyên tố nói chung có cùng tính chất vật lý và hóa học vì chúng có cùng số proton và electron.

Ví dụ: Đồng vị hydro

Hydro là một ví dụ về một nguyên tố có các đồng vị. Ba đồng vị của hydro được mô hình hóa trong Hình ( PageIndex {1} ). Hầu hết các nguyên tử hydro chỉ có một proton, một electron và thiếu một neutron. Những nguyên tử này chỉ được gọi là hydro. Một số nguyên tử hydro cũng có một nơtron. Các nguyên tử này là đồng vị có tên là đơteri. Các nguyên tử hydro khác có hai nơtron. Các nguyên tử này là đồng vị có tên là triti.

Hình ( PageIndex {1} ): Ba đồng vị bền nhất của hydro: proti (A = 1), đơteri (A = 2) và triti (A = 3). (CC SA-BY 3.0; Balajijagadesh).

Đối với hầu hết các nguyên tố khác với hydro, các đồng vị được đặt tên theo số khối của chúng. Ví dụ, nguyên tử cacbon với 6 nơtron thông thường có số khối là 12 (6 proton + 6 nơtron = 12), vì vậy chúng được gọi là cacbon-12. Nguyên tử cacbon có 7 nơtron có khối lượng nguyên tử là 13 (6 proton + 7 nơtron = 13). Các nguyên tử này là đồng vị được gọi là cacbon-13.

Ví dụ ( PageIndex {1} ): Đồng vị Lithium

  1. Số hiệu nguyên tử và số khối của một đồng vị của Liti chứa 3 nơtron là bao nhiêu?
  2. Số hiệu nguyên tử và số khối của một đồng vị của Liti chứa 4 nơtron là bao nhiêu?

Dung dịch

Một nguyên tử liti chứa 3 proton trong hạt nhân của nó, không phân biệt số nơtron hay electron.

một.

[ begin {align} text {số nguyên tử} = left ( text {số proton} right) & = 3 nonumber left ( text {số neutron} right) & = 3 nonumber end {align} nonumber ]

[ begin {align} text {mass number} & = left ( text {number of proton} right) + left ( text {number neutron} right) nonumber text {mass number} & = 3 + 3 nonumber & = 6 nonumber end {align} nonumber ]

NS.

[ begin {align} text {số nguyên tử} = left ( text {số proton} right) & = 3 nonumber left ( text {số neutron} right) & = 4 nonumber end {align} nonumber ]

[ begin {align} text {mass number} & = left ( text {number of proton} right) + left ( text {number neutron} right) nonumber text {mass number} & = 3 + 4 nonumber & = 7 nonumber end {align} nonumber ]

Chú ý rằng vì nguyên tử liti luôn có 3 proton nên số hiệu nguyên tử của liti luôn là 3. Tuy nhiên, số khối là 6 trong đồng vị với 3 nơtron và 7 trong đồng vị có 4 nơtron. Trong tự nhiên, chỉ tồn tại một số đồng vị nhất định. Ví dụ, liti tồn tại dưới dạng đồng vị có 3 nơtron và là đồng vị có 4 nơtron, nhưng nó không tồn tại dưới dạng đồng vị có 2 nơtron hoặc đồng vị có 5 nơtron.

Tính ổn định của đồng vị

Nguyên tử cần một tỷ lệ nhất định giữa neutron và proton để có một hạt nhân ổn định. Có quá nhiều hoặc quá ít neutron so với proton dẫn đến một hạt nhân không ổn định, hoặc phóng xạ, sớm hay muộn sẽ bị phá vỡ thành một dạng ổn định hơn. Quá trình này được gọi là phân rã phóng xạ. Nhiều đồng vị có hạt nhân phóng xạ, và những đồng vị này được gọi là đồng vị phóng xạ. Khi chúng phân hủy, chúng giải phóng các hạt có thể gây hại. Đây là lý do tại sao các đồng vị phóng xạ lại nguy hiểm và tại sao làm việc với chúng cần phải có những bộ quần áo đặc biệt để bảo vệ. Đồng vị của cacbon được gọi là cacbon-14 là một ví dụ về đồng vị phóng xạ. Ngược lại, các đồng vị carbon được gọi là carbon-12 và carbon-13 là ổn định.

Toàn bộ cuộc thảo luận về các đồng vị này đưa chúng ta trở lại với Thuyết nguyên tử của Dalton. Theo Dalton, các nguyên tử của một nguyên tố nhất định là giống hệt nhau. Nhưng nếu nguyên tử của một nguyên tố nhất định có thể có số nơtron khác nhau, thì chúng cũng có thể có khối lượng khác nhau! Làm thế nào Dalton lại bỏ lỡ điều này? Nó chỉ ra rằng các nguyên tố được tìm thấy trong tự nhiên tồn tại dưới dạng hỗn hợp đồng nhất không đổi của các đồng vị xuất hiện tự nhiên của chúng. Nói cách khác, một mảnh liti luôn chứa cả hai loại liti tự nhiên (loại có 3 neutron và loại có 4 neutron). Hơn nữa, nó luôn chứa cả hai với số lượng tương đối giống nhau (hoặc "mức độ phong phú tương đối"). Trong một phần lithium, (93 \% ) sẽ luôn là lithium với 4 neutron, trong khi phần còn lại (7 \% ) sẽ luôn là lithium với 3 neutron.

Dalton luôn thử nghiệm với những khối lớn của một nguyên tố — những khối chứa tất cả các đồng vị xuất hiện tự nhiên của nguyên tố đó. Kết quả là, khi thực hiện các phép đo của mình, ông thực sự đang quan sát các đặc tính trung bình của tất cả các đồng vị khác nhau trong mẫu. Đối với hầu hết các mục đích của chúng ta trong hóa học, chúng ta sẽ làm điều tương tự và xử lý khối lượng trung bình của các nguyên tử. May mắn thay, ngoài việc có khối lượng khác nhau, hầu hết các tính chất khác của các đồng vị khác nhau đều giống nhau.

Có hai cách chính mà các nhà khoa học thường xuyên hiển thị số khối của một nguyên tử mà họ quan tâm. Điều quan trọng cần lưu ý là số khối là không phải cho trong bảng tuần hoàn. Hai cách này bao gồm cách viết ký hiệu hạt nhân hoặc bằng cách cho biết tên của nguyên tố có viết số khối.

Để viết một biểu tượng hạt nhân, số khối được đặt ở phía trên bên trái (chỉ số trên) của ký hiệu hóa học và số nguyên tử được đặt ở phía dưới bên trái (chỉ số dưới) của ký hiệu. Biểu tượng hạt nhân hoàn chỉnh cho helium-4 được vẽ dưới đây:

Các ký hiệu hạt nhân sau đây là của hạt nhân niken với 31 nơtron và hạt nhân urani với 146 nơtron.

[ ce {^ {59} _ {28} Ni} ]

[ ce {^ {238} _ {92} U} ]

Trong hạt nhân niken được biểu diễn ở trên, số hiệu nguyên tử 28 cho biết hạt nhân chứa 28 proton, và do đó, nó phải chứa 31 nơtron để có số khối là 59. Hạt nhân urani có 92 proton, như tất cả các hạt nhân urani; và hạt nhân uranium cụ thể này có 146 neutron.

Một cách khác để biểu diễn các đồng vị là thêm dấu gạch ngang và số khối vào tên hoặc ký hiệu hóa học. Do đó, hai hạt nhân sẽ là Niken-59 hoặc Ni-59 và Uranium-238 hoặc U-238, trong đó 59 và 238 lần lượt là số khối của hai nguyên tử. Lưu ý rằng số khối lượng (không phải số nơtron) được đưa ra bên cạnh tên.

Ví dụ ( PageIndex {2} ): Kali-40

Có bao nhiêu proton, electron và neutron trong một nguyên tử của (^ {40} _ {19} ce {K} )?

Dung dịch

[ text {số nguyên tử} = left ( text {số proton} phải) = 19 ]

Đối với tất cả các nguyên tử không mang điện tích, số electron bằng số proton.

[ text {số electron} = 19 ]

Số khối, 40, là tổng của các proton và neutron.

Để tìm số nơtron, hãy trừ số proton với số khối.

[ text {số nơtron} = 40 - 19 = 21. ]

Ví dụ ( PageIndex {3} ): Zinc-65

Có bao nhiêu proton, electron và neutron trong một nguyên tử của kẽm-65?

Dung dịch

[ text {số proton} = 30 ]

Đối với tất cả các nguyên tử không mang điện tích, số electron bằng số proton.

[ text {số electron} = 30 ]

Số khối, 65, là tổng của các proton và neutron.

Để tìm số nơtron, hãy trừ số proton với số khối.

[ text {số nơtron} = 65 - 30 = 35 ]

Bài tập ( PageIndex {3} )

Có bao nhiêu proton, electron và neutron trong mỗi nguyên tử?

  1. (^ {60} _ {27} ce {Co} )
  2. Na-24
  3. (^ {45} _ {20} ce {Ca} )
  4. Sr-90
Trả lời a:
27 proton, 27 electron, 33 neutron
Đáp án b:
11 proton, 11 electron, 13 neutron
Đáp án c:
20 proton, 20 electron, 25 neutron
Đáp án d:
38 proton, 38 electron, 52 neutron

Bản tóm tắt

  • Số proton luôn bằng nhau trong các nguyên tử của cùng một nguyên tố.
  • Số lượng neutron có thể khác nhau, ngay cả trong các nguyên tử của cùng một nguyên tố.
  • Các nguyên tử của cùng một nguyên tố chứa cùng số proton, nhưng khác số nơtron, được gọi là đồng vị.
  • Các đồng vị của bất kỳ nguyên tố nào đều chứa cùng số proton, do đó chúng có cùng số hiệu nguyên tử (ví dụ, số hiệu nguyên tử của heli luôn là 2).
  • Đồng vị của một nguyên tố nhất định chứa các số nơtron khác nhau, do đó, các đồng vị khác nhau có số khối khác nhau.

Đóng góp & Ghi nhận


4.9: Khối lượng nguyên tử - Khối lượng trung bình của nguyên tử một nguyên tố

Trong hóa học, chúng ta rất hiếm khi chỉ xử lý một đồng vị của một nguyên tố. Chúng tôi sử dụng hỗn hợp các đồng vị của một nguyên tố trong các phản ứng hóa học và các khía cạnh khác của hóa học, bởi vì tất cả các đồng vị của một nguyên tố đều phản ứng theo cùng một cách. Điều đó có nghĩa là chúng ta hiếm khi cần quan tâm đến khối lượng của một đồng vị cụ thể, mà thay vào đó chúng ta cần biết khối lượng trung bình của các nguyên tử của một nguyên tố. Sử dụng khối lượng của các đồng vị khác nhau và khối lượng của mỗi đồng vị, chúng ta có thể tìm được khối lượng trung bình của các nguyên tử của một nguyên tố. Các khối lượng nguyên tử của một nguyên tố là khối lượng trung bình có trọng số của các nguyên tử trong một mẫu nguyên tố có trong tự nhiên. Khối lượng nguyên tử thường được báo cáo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử.


Nếu bạn tích lũy tất cả năng lượng bạn cần cho mỗi phần, bạn sẽ thu được Năng lượng ràng buộc hấp dẫn đối với cơ thể: Điều này phụ thuộc vào hai số lượng: Đa số (M) và Bán kính (R) của cơ thể.

Công thức trên là một "tỷ lệ thuận", nó cho chúng ta biết năng lượng liên kết tỷ lệ như thế nào với khối lượng và bán kính của vật thể. Hằng số phía trước mà chúng ta cần phụ thuộc vào chi tiết về cách vật chất được phân phối trong vật thể. Ví dụ, một quả cầu có mật độ đồng nhất sẽ có hằng số là 3/5.

Đối với Trái đất, Năng lượng Liên kết hấp dẫn vào khoảng 2x10 32 Joules, hoặc khoảng 12 ngày tổng sản lượng năng lượng của Mặt trời!


Nước mặt và nước ngầm, phong hóa và đất

7.9.1.2.1 Các nguyên tắc cơ bản

Đồng vị là những nguyên tử của cùng một nguyên tố có số nơtron khác nhau nhưng cùng số proton và electron. Sự khác biệt về số lượng neutron giữa các đồng vị khác nhau của một nguyên tố có nghĩa là các đồng vị khác nhau có khối lượng khác nhau. Số siêu chỉ số ở bên trái của chữ viết tắt nguyên tố cho biết số proton cộng với neutron trong đồng vị. Ví dụ, trong số các đồng vị của hydro, đơteri (được ký hiệu là 2 H hoặc D) có một nơtron và một proton. Đây là khối lượng xấp xỉ hai lần khối lượng của proti (1 H), trong khi triti (3 H) có khối lượng xấp xỉ ba lần khối lượng của proti.

Các đồng vị bền có hạt nhân không phân rã thành các đồng vị khác theo thang thời gian địa chất nhưng bản thân chúng có thể được tạo ra bởi sự phân rã của các đồng vị phóng xạ. Đồng vị phóng xạ (không bền) có hạt nhân tự phân rã theo thời gian để tạo thành các đồng vị khác. Ví dụ, 14 C, một đồng vị phóng xạ của cacbon, được tạo ra trong khí quyển bởi sự tương tác của các nơtron tia vũ trụ với các nơtron ổn định 14 N. Với chu kỳ bán rã khoảng 5730 năm, 14 C phân rã trở lại 14 N bằng cách phát ra một hạt beta. 14 N ổn định được tạo ra bởi quá trình phân rã phóng xạ được gọi là nitơ "phóng xạ". Chương này không chỉ tập trung vào các đồng vị ổn định, không sinh hạt, của một số nguyên tố (hydro, oxy, carbon, nitơ và lưu huỳnh) mà còn bao gồm thảo luận ngắn gọn về các đồng vị phóng xạ của các nguyên tố này (3 H, 14 C, 35 S) quan trọng về mặt thủy văn máy đánh dấu. Để thảo luận kỹ hơn về các nguyên tắc cơ bản của địa hóa đồng vị, hãy xem các chương trong Clark và Fritz (1997) và chương Kendall và Caldwell (1998) trong Kendall và McDonnell (1998).


PHÂN BIỆT ISOTOPE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA DẠNG

Tóm tắt nhà xuất bản

Các đồng vị của một nguyên tố có thể được phân tách bằng các quá trình một giai đoạn hoặc nhiều giai đoạn. Chương này mô tả các phương pháp nhiều tầng để tách đồng vị. Phương pháp một giai đoạn có tầm quan trọng là phương pháp điện từ. Phương pháp điện từ cho phép đạt được độ giàu lớn trong một giai đoạn duy nhất và nó rất linh hoạt vì có thể sử dụng cùng một máy để tách các đồng vị của bất kỳ nguyên tố nào. Các phương pháp tách khác phụ thuộc vào thực tế là có sự khác biệt nhỏ về tính chất của các chất đồng vị, do đó sự phân tách nhẹ của các đồng vị xảy ra trong nhiều quá trình hóa học và vật lý đơn giản như chưng cất hoặc khuếch tán. Các phương pháp tách nhiều tầng quan trọng là điện phân, chưng cất phân đoạn, phương pháp trao đổi hóa học, và khuếch tán nhiệt và thể khí, mặc dù nhiều phương pháp khác đã được sử dụng để tạo ra sự phân tách một phần các đồng vị.


Proton và neutron trong Titan

Titan là một nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử 22 có nghĩa là có 22 proton trong hạt nhân của nó. Tổng số proton trong hạt nhân được gọi là số nguyên tử của nguyên tử và được cho là ký hiệu Z. Do đó, tổng điện tích của hạt nhân là + Ze, trong đó e (điện tích cơ bản) bằng 1.602 x 10 -19 coulombs.

Tổng số nơtron trong hạt nhân nguyên tử được gọi là số nơtron của nguyên tử và được cho là ký hiệu N. Số nơtron cộng với số hiệu nguyên tử bằng số khối lượng nguyên tử: N + Z = A. Sự khác biệt giữa số nơtron và số nguyên tử được gọi là dư neutron: D = N - Z = A - 2Z.

Đối với các nguyên tố ổn định, thường có nhiều loại đồng vị ổn định. Đồng vị là các nuclôn có cùng số hiệu nguyên tử và do đó là cùng một nguyên tố, nhưng khác nhau về số nơtron. Số khối của các đồng vị điển hình của Titan Chúng tôi 46-50.

Đồng vị chính của Titan

Titan tự nhiên bao gồm năm đồng vị ổn định: 46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti và 50 Ti, trong đó 48 Ti là loại có nhiều nhất (73,8% lượng tự nhiên). Các đồng vị của titan có khối lượng nguyên tử từ 38,01 u (38 Ti) đến 62,99 u (63 Ti).

Titanium-46 bao gồm 22 proton, 24 neutron và 22 electron.

Titanium-47 bao gồm 22 proton, 25 neutron và 22 electron.

Titanium-48 bao gồm 22 proton, 26 neutron và 22 electron.

Titanium-49 bao gồm 22 proton, 27 neutron và 22 electron.

Titanium-50 bao gồm 22 proton, 28 neutron và 22 electron.

Titanium-44 bao gồm 22 proton, 22 neutron và 22 electron. Titanium-44 được tạo ra tương đối phong phú trong quá trình alpha trong quá trình tổng hợp hạt nhân sao và giai đoạn đầu của các vụ nổ siêu tân tinh. Tuổi của siêu tân tinh có thể được xác định thông qua các phép đo phát xạ tia gamma từ titan-44 và độ phong phú của nó.

Đồng vị ổn định

Đồng vị Dồi dào Số nơtron
46 Ti 8.25% 24
47 Ti 7.44% 25
48 Ti 73.72% 26
49 Ti 5.41% 27
50 Ti 5.18% 28

Đồng vị không ổn định điển hình

Đồng vị Chu kỳ bán rã Chế độ phân rã Sản phẩm
44 Ti 60.0 (11) năm chụp điện tử 44 Sc
51 Ti 5,76 (1) phút phân rã beta 51 V

Tìm số electron

Đối với một nguyên tử trung hòa, số electron bằng số proton.

Thông thường, số proton và electron không giống nhau, vì vậy nguyên tử mang điện tích âm hoặc dương. Bạn có thể xác định số lượng electron trong một ion nếu bạn biết điện tích của nó. Một cation mang điện tích dương và có nhiều proton hơn electron. Một anion mang điện tích âm và có nhiều electron hơn proton. Nơtron không có điện tích thuần, vì vậy số lượng nơtron không quan trọng trong tính toán. Số lượng proton của một nguyên tử không thể thay đổi thông qua bất kỳ phản ứng hóa học nào, vì vậy bạn thêm hoặc bớt các electron để có điện tích chính xác. Nếu một ion có điện tích 2+, như Zn 2+, điều này có nghĩa là có nhiều proton hơn electron.

Nếu ion có điện tích 1- (được viết đơn giản với siêu số trừ), thì có nhiều electron hơn số proton. Đối với F -, số proton (trong bảng tuần hoàn) là 9 và số electron là:


4.8: Đồng vị: Khi số lượng neutron thay đổi

(a) Hạt nhân của một nguyên tử cụ thể có số nucleon là 14 và số proton là 6.

(i) Nêu ý nghĩa của số nucleon và số proton.

Các số nucleon là tổng số proton và neutron trong hạt nhân (HOẶC số khối của hạt nhân).

Các số proton là số hoặc proton trong hạt nhân (HOẶC số nguyên tử của hạt nhân).

Cả hai đều phải được giải thích chính xác cho nhãn hiệu. Không có nửa điểm nào được trao bởi hội đồng.

(ii) Tính số nơtron trong hạt nhân của nguyên tử này.

14 - 6 = 8

(iii) Tính điện tích riêng của hạt nhân, tính bằng C kg -1.

Bạn cần phải trình bày điều này một cách cẩn thận - có ba dấu hiệu để họ muốn bạn thể hiện lý luận rõ ràng trong quá trình làm việc của mình!

Họ cung cấp cho bạn đơn vị, vì vậy dễ dàng tìm ra những việc cần làm - điện tích trên hạt nhân (tính bằng hạt nhân) chia cho khối lượng của hạt nhân (tính bằng kilôgam)

Điện tích trên hạt nhân:

Có sáu proton - những hạt mang điện duy nhất, và chúng có cùng điện tích với một electron.

phí = 6 x 1,60 x 10 -19

phí = 9,60 x 10 -19 C

Khối lượng của hạt nhân:

Có 8 nơtron và 6 proton:

Khối lượng = 8 (1.675 x 10 -27) + 6 (1.673 x 10 -27)

Khối lượng = 2,34 x 10 -26 kg (yếu tố còn lại chỉ là 3sf - vì vậy đó là tất cả những gì cần thiết)

Phí cụ thể

= 9,60 x 10 -19 / 2,34 x 10 -26 C kg -1

= 4.10 x 10 7 C kg -1

(b) Điện tích riêng của hạt nhân của một đồng vị khác của nguyên tố là 4,8 × 10 7 C kg –1.

(i) Nêu ý nghĩa của một đồng vị.

Tất cả các biến thể của hạt nhân của các nguyên tử của cùng một nguyên tố đều là đồng vị. Không có cái gì gọi là phiên bản 'bình thường' của một phần tử. mặc dù có thể có một cái chung.

Có hai điều họ muốn bạn làm rõ:

- Các đồng vị của một nguyên tố đều có hạt nhân chứa cùng số proton và

- Các đồng vị khác nhau của cùng một nguyên tố có số nơtron khác nhau

Do đó, họ thường đưa ra hai dấu cho định nghĩa của một đồng vị - do đó, hãy tìm hiểu nó!

Hạt nhân của các đồng vị của một nguyên tố đều chứa cùng số proton /> giống nhau nhưng khác số nơtron. /> Điều này mang lại cho chúng những tính chất hóa học giống nhau nhưng tính chất vật lý khác nhau.

(ii) Tính số nơtron trong đồng vị này.

Cho phép

N = số nucleon và

khối lượng của một nucleon xấp xỉ với mức trung bình là 1,674 x 10 -27

4,8 x 10 7 = 6 x 1,60 x 10 -19 / (N x 1,67 x 10 -27)

N = 6 x 1,60 x 10 -19 /(1,67 x 10 -27 x 4,8 x 10 7)

HOẶC lý luận theo cách khác.

Cả hai đều có cùng số proton, nhưng số neutron khác nhau.

vì vậy, phí cụ thể A / phí cụ thể B = mNS/NSMỘT

Vì khối lượng của neutron và proton hầu như giống nhau.

NSNS/NSMỘT = số nucleon của B / số nucleon của A

NSNS/NSMỘT = 0.854

do đó, số nucleon của B = 0,854 x 14 = 12

Do đó số nucleon của A = 12

Và số nơtron = 12 - 6 = 6

(Tổng 10 điểm)

Theo tôi.

Cyberphysics - một công cụ hỗ trợ giảng dạy dựa trên web - dành cho sinh viên vật lý, giáo viên và phụ huynh của họ.


Nguyên tử — Khái niệm cơ bản mà chúng ta quan sát được hôm nay

Mỗi nguyên tố hóa học, chẳng hạn như cacbon và oxy, bao gồm các nguyên tử. Mỗi nguyên tử được cho là được tạo thành từ ba phần cơ bản.

Hạt nhân chứa các proton (các hạt nhỏ bé mang một điện tích dương) và neutron (các hạt không mang điện). Quay xung quanh hạt nhân là các electron (các hạt cực nhỏ mỗi hạt mang một điện tích âm).

Các nguyên tử của mỗi nguyên tố có thể khác nhau một chút về số lượng neutron trong hạt nhân của chúng. Các biến thể này được gọi là đồng vị của nguyên tố đó. Trong khi số lượng neutron khác nhau, mọi nguyên tử của bất kỳ nguyên tố nào luôn có cùng số proton và electron.

Vì vậy, ví dụ, mỗi nguyên tử cacbon chứa sáu proton và sáu điện tử, nhưng số lượng neutron trong mỗi hạt nhân có thể là sáu, bảy hoặc thậm chí tám. Do đó, cacbon có ba đồng vị (biến thể), được xác định là cacbon-12, cacbon-13 và cacbon-14 (Hình 1).


Đồng vị

Lịch sử của nguyên tử đầy rẫy những khác biệt này. Mặc dù John Dalton đã tuyên bố trong lý thuyết nguyên tử năm 1804 của mình rằng tất cả các nguyên tử của một nguyên tố đều giống hệt nhau, nhưng việc phát hiện ra neutron bắt đầu cho thấy giả thiết này không đúng. Nghiên cứu về vật liệu phóng xạ (nguyên tố tự phát sinh ra các hạt để tạo thành nguyên tố mới) của Frederick Soddy (1877–1956) đã đưa ra những manh mối quan trọng về cấu trúc bên trong của nguyên tử. Công trình nghiên cứu của ông cho thấy rằng một số chất có tính chất phóng xạ khác nhau và trọng lượng nguyên tử khác nhau trên thực tế là cùng một nguyên tố. Anh ấy đặt ra thuật ngữ đồng vị từ gốc tiếng Hy Lạp isos (íσος “bằng”) và topos (τóπος “nơi”). Ông mô tả các đồng vị là, "Nói một cách thông thường, các nguyên tử của chúng có mặt ngoài giống hệt nhau nhưng mặt trong khác nhau." Soddy đã giành được giải Nobel Hóa học năm 1921 cho công việc của mình.

Như đã nói trước đó, không phải tất cả các nguyên tử của một nguyên tố nhất định đều giống hệt nhau. Cụ thể, số lượng neutron có thể thay đổi đối với nhiều nguyên tố. Ví dụ, carbon tự nhiên tồn tại ở ba dạng. Mỗi nguyên tử cacbon có cùng số proton (6), đó là số hiệu nguyên tử của nó. Mỗi nguyên tử cacbon cũng chứa sáu điện tử để duy trì tính trung hòa về điện. Tuy nhiên, số lượng neutron thay đổi như sáu, bảy hoặc tám. Đồng vị là những nguyên tử có cùng số hiệu nguyên tử, nhưng số khối khác nhau do sự thay đổi số nơtron.

Ba đồng vị của carbon có thể được gọi là carbon-12 [latex] left (^ <12> _6 text right) [/ latex], carbon-13 [latex] left (^ <13> _6 text right) [/ latex] và carbon-14 [latex] left (^ <14> _6 text right) [/ latex]. Hầu hết các nguyên tố tự nhiên bao gồm hỗn hợp của các đồng vị. Carbon có ba đồng vị tự nhiên, trong khi một số nguyên tố nặng hơn có thể có nhiều đồng vị hơn. Thiếc có mười đồng vị bền, nhiều nhất trong số các nguyên tố. Thời hạn nuclide đề cập đến hạt nhân của một đồng vị nhất định của một nguyên tố. Nguyên tử cacbon là một trong ba nuclôn khác nhau.

Trong khi sự hiện diện của các đồng vị ảnh hưởng đến khối lượng của một nguyên tử, nó không ảnh hưởng đến khả năng phản ứng hóa học của nó. Hành vi hóa học được điều chỉnh bởi số lượng electron và số lượng proton. Carbon-13 hoạt động về mặt hóa học giống hệt như carbon-12 phong phú hơn.


Xem video: Đồng vị - Nguyên tử khối trung bình full lý thuyết + bài tập - Thầy Phạm Thắng (Tháng Giêng 2022).