Đồng vị và nguyên tử khối trung bình: khái niệm, công thức tính, ví dụ chlorine, copper và bài tập có đáp án

Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác số neutron. Cách tính nguyên tử khối trung bình từ phần trăm số nguyên tử các đồng vị, ví dụ chlorine, copper, boron và bài tập có đáp án Hóa 10.

Đồng vị là gì?

Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác số neutron, nên có cùng $Z$ và khác số khối $A$. Vì hầu hết nguyên tố là hỗn hợp nhiều đồng vị, nguyên tử khối ghi trong bảng tuần hoàn là nguyên tử khối trung bình.

Khái niệm đồng vị

Các đồng vị của một nguyên tố có tính chất hóa học giống nhau (cùng cấu hình electron), nhưng tính chất vật lí liên quan đến khối lượng có thể khác nhau.

Ví dụ 1

Hydrogen có ba đồng vị: $\ce{^{1}_{1}H}$ (proti), $\ce{^{2}_{1}H}$ (deuterium), $\ce{^{3}_{1}H}$ (tritium).

Cả ba cùng có $Z = 1$ nhưng số neutron lần lượt là $0, 1, 2$.

Ví dụ 2

Từ $\ce{^{1}H}$, $\ce{^{2}H}$ và $\ce{^{16}O}$ tạo được bao nhiêu loại phân tử $\ce{H2O}$?

Có $3$ loại: $\ce{H2O}$ (H,H), $\ce{HDO}$ (H,D), $\ce{D2O}$ (D,D).

Nguyên tử khối trung bình

Với nguyên tố có các đồng vị số khối $A_1, A_2, \dots$ và phần trăm số nguyên tử $x_1, x_2, \dots$:

$$\overline{A} = \frac{A_1 x_1 + A_2 x_2 + \dots}{100}$$

Ví dụ 3

Chlorine có $\ce{^{35}Cl}$ ($75{,}77\%$) và $\ce{^{37}Cl}$ ($24{,}23\%$). Tính $\overline{A}$.

$\overline{A} = (35 \cdot 75{,}77 + 37 \cdot 24{,}23) : 100 \approx 35{,}48 \approx 35{,}5$.

Ví dụ 4

Copper có $\ce{^{63}Cu}$ ($69\%$) và $\ce{^{65}Cu}$ ($31\%$). Tính $\overline{A}$.

$\overline{A} = (63 \cdot 69 + 65 \cdot 31) : 100 = 63{,}62$.

Ví dụ 5

Boron có hai đồng vị $\ce{^{10}B}$ và $\ce{^{11}B}$, $\overline{A} = 10{,}81$. Tính % mỗi đồng vị.

Gọi % của $\ce{^{10}B}$ là $x$: $10x + 11(1 - x) = 10{,}81$ nên $x = 0{,}19$. Vậy $19\%$ $\ce{^{10}B}$ và $81\%$ $\ce{^{11}B}$.

Xem bài: Nguyên tố hóa học

Ứng dụng của đồng vị

$\ce{^{14}C}$ dùng xác định tuổi cổ vật.
$\ce{^{235}U}$ làm nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân.
$\ce{^{60}Co}$ dùng trong xạ trị ung thư.

Những lỗi thường gặp

Bài tập thực hành

Đồng vị là gì? Cho ví dụ.
Magnesium có $\ce{^{24}Mg}$ ($79\%$), $\ce{^{25}Mg}$ ($10\%$), $\ce{^{26}Mg}$ ($11\%$). Tính $\overline{A}$.
Argon có $\ce{^{36}Ar}$, $\ce{^{40}Ar}$ với $\overline{A} = 39{,}8$. Tính % $\ce{^{40}Ar}$.
Hai đồng vị của một nguyên tố có số proton, số neutron khác nhau thế nào?
Rubidium có $\ce{^{85}Rb}$ và $\ce{^{87}Rb}$, $\overline{A} = 85{,}5$. Tính % mỗi đồng vị.

Đáp án

Nguyên tử cùng $Z$ khác $N$, ví dụ $\ce{^{12}C}$ và $\ce{^{14}C}$.
$\overline{A} = (24 \cdot 79 + 25 \cdot 10 + 26 \cdot 11) : 100 = 24{,}32$.
Gọi $x$ là phần của $\ce{^{40}Ar}$: $36(1 - x) + 40x = 39{,}8$ nên $x = 0{,}95$, tức $95\%$.
Cùng số proton, khác số neutron.
Gọi $x$ là phần của $\ce{^{87}Rb}$: $85 + 2x = 85{,}5$ nên $x = 0{,}25$: $25\%$ $\ce{^{87}Rb}$ và $75\%$ $\ce{^{85}Rb}$.