Đồng vị là gì?

Đồng vị là gì?

Đồng vị là các nguyên tử của cùng một nguyên tố có số proton bằng nhau nhưng số nơtron khác nhau. Số nguyên tử của chúng là như nhau, nhưng số khối của chúng là khác nhau. Số khối luôn được ký hiệu là A, trong khi Z chỉ số nguyên tử của các nguyên tố. Số nguyên tử tượng trưng cho số lượng proton trong hạt nhân của nguyên tử và được sử dụng để xác định vị trí của nguyên tố trên bảng tuần hoàn. Số khối của một nguyên tử là số nơtron trong hạt nhân của nó. Các đồng vị của các nguyên tố có tính chất vật lý khác nhau do sự thay đổi trong khối lượng nguyên tử của chúng. Do sự khác biệt này, các đồng vị như vậy có mật độ khác nhau, cũng như các điểm nóng chảy và sôi. Tuy nhiên, đồng vị của một nguyên tố luôn có tính chất hóa học rất giống nhau. Sự giống nhau xảy ra vì chỉ các electron được sử dụng trong các phản ứng hóa học, không phải là neutron hay proton.

Lịch sử đồng vị

Nhà hóa học Fredrick Soddy lần đầu tiên đề xuất sự tồn tại của đồng vị vào năm 1913 sau khi tiến hành các nghiên cứu liên quan đến sự phân rã của chuỗi phóng xạ. Trong các thí nghiệm của mình, Soddy nhận ra bốn mươi loài khác nhau tồn tại giữa chì và uranium, tuy nhiên bảng tuần hoàn chỉ có thể chứa 11 nguyên tử. Sau khi các thử nghiệm hóa học được tiến hành để tách một số nguyên tố này đã thất bại, ông cho rằng nhiều loại nguyên tử có thể chia sẻ cùng một vị trí trong bảng tuần hoàn và đặt tên cho chúng là các đồng vị.

Ví dụ về đồng vị

Clo chứa hai đồng vị chính: clo-35 và clo-37. Để đi đến kết luận này, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng trong một chất clo, tỷ lệ của mỗi đồng vị này tồn tại tổng thể và đó là lý do tại sao các tỷ lệ được sử dụng để thể hiện sự khác biệt về số lượng. Các tỷ lệ này rất hữu ích khi tính tỷ lệ phần trăm tương đối và khối lượng nguyên tử tương đối. Các ví dụ khác về đồng vị bao gồm carbon (đồng vị carbon-12 và carbon-14), oxy (oxy-16 và oxy-18) và phốt pho (phốt pho-31 là đồng vị chính, mặc dù cũng có lượng phốt pho-32 cụ thể). Các đồng vị của các hợp chất này được coi là ổn định và hầu hết chúng chỉ có hai đồng vị. Tuy nhiên, có một vài nguyên tố chỉ có một đồng vị, và chúng bao gồm flo, beryllium, asen, yttri, vàng, nhôm, iốt, mangan, natri và niobi.

Thanh lọc đồng vị

Có ba khu vực chính nơi các đồng vị được áp dụng. Đầu tiên là sự phân tách các đồng vị. Sự phân tách tạo điều kiện tối đa hóa các tính chất của các nguyên tử theo yêu cầu. Trong việc tách các nguyên tố nhẹ hơn như deuterium và oxy, có ứng dụng phương pháp khuếch tán khí. Tách các nguyên tố nặng như urani và plutoni xảy ra bằng phép đo phổ khối.

Ứng dụng của đồng vị

Ứng dụng đầu tiên của đồng vị là sử dụng bởi các nhà khảo cổ học trong việc xác định niên đại carbon. Đồng vị có hai loại: đồng vị bền và phóng xạ. Các đồng vị ổn định chứa sự kết hợp đồng đều giữa các proton và neutron và do đó không trải qua quá trình phân rã. Mặt khác, các đồng vị phóng xạ có hạt nhân không ổn định và do đó trải qua quá trình phân rã. Sự phân rã phóng xạ có thể mất tới 5.730 năm, chẳng hạn như nguyên tố carbon. Các nhà khảo cổ sử dụng thành phần đồng vị này để xác định tuổi của một vật thể được tìm thấy trong các cuộc khai quật khảo cổ.