Đồng vị là gì? Ví dụ về đồng vị và phương pháp giải bài tập đồng vị

Tổng hợp khái niệm về đồng vị, ví dụ và phương pháp giải bài tập về đồng vị giúp các em biết cách vận dụng làm các bài tập về đồng vị.

1.  Khái niệm đồng vị là gì?

Đồng vị là các biến thể của một nguyên tố hóa học, trong đó hạt nhân nguyên tử có cùng số proton nhưng có chứa số notron khác nhau và do đó có số khối khác nhau.

Phần lớn các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của nhiều đồng vị. Các đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học có số notron trong hạt nhân khác nhau, nên có một số tính chất vật lí khác nhau.

- Có các đồng vị bền và các đồng vị không bền. Hầu hết các đồng vị có số hiệu nguyên tử Z>82 là không bền, chúng còn được gọi là các đồng vị phóng xạ.

- Đồng vị phóng xạ là đồng vị của một nguyên tố hóa học mà hạt nhân nguyên tử của nguyên tố đó ở trạng thái không ổn định và phát ra bức xạ ion hóa trong quá trình phân rã để trở thành trạng thái ổn định.

2. Ví dụ về đồng vị

- Nguyên tố hidro có 3 đồng vị là: ₁¹H (proti); ₁²H (đơteri D); ₁³H (triti T)

- Nguyên tố clo có hai đồng vị bền là ³⁵₁₇Cl và ³⁷₁₇Cl

- Nguyên tố đồng có hai đồng vị bền là ⁶³₂₉ Cu và ⁶⁵₂₉Cu

3. Khái niệm nguyên tử khối

- Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của nguyên tử.

- Nguyên tử khối của một nguyên tử cho biết khối lượng của nguyên tử đó nặng gấp bao nhiêu lần đơn vị khối lượng nguyên tử.

- Khối lượng của nguyên tử bằng tổng khối lượng của proton, notron và electron trong nguyên tử đó. Proton và nơ tron đều có khối lượng xấp xỉ 1u còn electron có khối lượng nhỏ hơn rất nhiều, khoảng 0,00055u. Do đó, có thể coi nguyên tử khối xấp xỉ số khối của hạt nhân.

- Hầu hết các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của nhiều đồng vị với tỉ lệ phần trăm số nguyên tử xác định =>  nguyên tử khối của các nguyên tố có nhiều đồng vị là nguyên tử khối trung bình của hỗn hợp các đồng vị có tính đến tỉ lệ phần trăm số nguyên tử tương ứng.

- Giả sử nguyên tố X có 2 đồng vị A và B. kí hiệu A,B đồng thời là nguyên tử khối của 2 đồng vị, tỉ lệ phần trăm số nguyên tử tương ứng là a và b. Khi đó: nguyên tử khối trung bình A  của nguyên tố X là:

- Trong những phép toán không cần độ chính xác cao, có thể coi nguyên tử khối bằng số khối.

4. Phương pháp giải bài tập đồng vị

a. Áp dụng công thức tính nguyên tử khối trung bình:

Với: a, b, c là số nguyên tử (hoặc % số nguyên tử) của mỗi đồng vị.

A, B, C là nguyên tử khối (hay số khối) của mỗi đồng vị.

b. Xác định phần trăm các đồng vị

Gọi % của đồng vị 1 là x %

⇒ % của đồng vị 2 là (100 – x).

Lập phương trình tính nguyên tử khối trung bình ⇒ giải được x.

Ví dụ 1: Trong tự nhiên, X có hai đồng vị ₁₇³⁵X và ₁₇³⁷X  chiếm lần lượt 75,77% và 24,23% số nguyên tử X. Y có hai đồng vị là ₁¹Y và ₁²Y chiếm lần lượt 99,2% và 0,8% số nguyên tử Y.

Trong tự nhiên có bao nhiêu loại phân tử XY?

Phân tử khối trung bình của XY là bao nhiêu?

Lời giải:

Các loại phân tử XY là :₁₇³⁵X - ₁¹Y; ₁₇³⁵X - ₁²Y; ₁₇³⁷X - ₁¹Y; ₁₇³⁷X - ₁²Y

Nguyên tử khối trung bình của X : 

Nguyên tử khối trung bình Y là: 

Phân tử khối trung bình của XY: 35,485 + 1,008 = 36,493

Ví dụ 2: Đồng có 2 đồng vị là ₂₉⁶³Cu và ₂₉⁶⁵Cu. Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,54. Tính thành phần phần trăm số nguyên tử của mỗi đồng vị.

Cách giải:

Đặt thành phần phần trăm của ₂₉⁶³Cu và ₂₉⁶⁵Cu lần lượt là x và (1 – x) (%)

Khối lương trung bình  = 63x + 65.(1 – x) = 63.54

Giải phương trình ⇒ x = 0,73 (73%)

%₂₉⁶³Cu = 73% và %₂₉⁶⁵Cu = 27%

5. Bài tập về đồng vị

Câu 1: Đồng vị là những nguyên tử của cùng một nguyên tố, có số proton bằng nhau nhưng khác nhau về:

A. Số electron             

B. Số notron                            

C. Số proton                            

D. Số obitan

Câu 2: Cho biết khối lượng của nguyên tử cacbon 12 là 19,9265 . 10^-27 kg. mBe = 9,012u. Khối lượng của Be là bao nhiêu gam?

A. 14,964.10^-23g                         

B. 14,964.10^-24g                   

C. 16,6054.10^-25g                       

D. 14,964.10^-27kg

Câu 3: Phát biểu nào dưới đây không đúng?

A. Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của nguyên tử

B. Đối với các nguyên tố có nhiều đồng vị, nguyên tử khối được tính là giá trị trung bình của nguyên tử khối các đồng vị có tính đến tỉ lệ phần trăm số nguyên tử mỗi đồng vị.

C. Khối lượng của nguyên tử bằng tổng khối lượng của proton và electron.

D. Trong một số trường hợp, có thể coi nguyên tử khối bằng số khối.

Câu 4: Một đơn vị khối lượng nguyên tử (u) được định nghĩa là?

A. Khối lượng của 1 mol nguyên tử đồng vị cacbon 12.               

B. Khối lượng của 1 nguyên tử đồng vị cacbon 12.

C. 1/12 khối lượng của 1 nguyên tử đồng vị cacbon 12.

D. 1/12 khối lượng của 1 nguyên tử cacbon.

Câu 5: Trong dãy kí hiệu các nguyên tử sau: 

Các kí hiệu nào cùng chỉ cùng 1 nguyên tố hoá học?

A. A, G và B                       

B. H và K                           

C. H, I và K                              

D. E và F

Câu 6: Nguyên tố Cacbon có 2 đồng vị bền: ₆¹²C chiếm 98,89% và ₆¹³C chiếm 1,11%. Nguyên tử khối trung bình của C là bao nhiêu?

Lời giải:

Vậy NTK trung bình của C là 12,0111

Câu 7: Đồng có 2 đồng vị là ₂₉⁶³Cu và ₂₉⁶⁵Cu. Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,54. Tính thành phần phần trăm số nguyên tử của mỗi đồng vị.

Lời giải:

Đặt thành phần phần trăm của ₂₉⁶³Cu và ₂₉⁶⁵Cu lần lượt là x và 1-x (%)

M_{trung bình} = 63.x +65.(1-x) = 63.54

Giải PT ⇒ x= 0,73 (73%)

% ₂₉⁶³Cu = 73%; và % ₂₉⁶⁵Cu = 27%

Câu 8: Trong tự nhiên, X có hai đồng vị ₁₇³⁵X và ₁₇³⁷X, chiếm lần lượt 75,77% và 24,23% số nguyên tử X. Y có hai đông vị à 11Y và 12Y, chiếm lần lượt 99,2% và 0,8% số nguyên tử Y.

a) Trong tự nhiên có bao nhiêu loại phân tử XY?

A. 2        B. 4        C. 5        D. 6

b) Phân tử khối trung bình của XY là

A. 36,0.        B. 36,5.        C. 37,5.        D. 37,0.

Lời giải:

a) Các loại phân tử XY là : 35X – 1Y, 35X – 2Y, 37X – 1Y, 37X – 2Y

b) Nguyên tử khối trung bình của X:

Nguyên tử khối trung bình Y là: 

Phân tử khối trung bình của XY: 35,485 + 1,008 =36,493 ≈ 36,5.