Nguyên tố hoá học và đồng vị

Cùng Z, khác số neutron

Mục tiêu

Phát biểu được định nghĩa nguyên tố hoá học và đồng vị.
Nhận biết các đồng vị trong một dãy nguyên tử cho bằng kí hiệu ${}^{A}_{Z}\mathrm{X}$ ; phân biệt đồng vị với hai nguyên tử cùng số khối.
Giải thích vì sao các đồng vị có tính chất hoá học giống nhau, tính chất vật lí khác nhau.

Khởi động

Trong tự nhiên, hydrogen có ba loại nguyên tử: loại nhẹ nhất không có neutron, loại thứ hai có $1$ neutron ("hydrogen nặng" trong nước nặng), loại thứ ba có $2$ neutron và phóng xạ. Cả ba đều gọi là hydrogen. Vì sao chúng vẫn là cùng một nguyên tố, dù khối lượng khác nhau?

01Kiến thức cần nhớ

1. Nguyên tố hoá học

Nguyên tố hoá học là tập hợp những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân (cùng số proton $Z$ ). Số hiệu nguyên tử $Z$ cũng chính là số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

Nguyên tử và nguyên tố khác nhau: nguyên tử là một hạt cụ thể (có $A$ , $Z$ xác định); nguyên tố là cả "họ" nguyên tử cùng $Z$ .

2. Đồng vị

Đồng vị là những nguyên tử của cùng một nguyên tố (cùng $Z$ ) nhưng có số neutron khác nhau, nên số khối $A$ khác nhau.

Nguyên tố	Đồng vị	$Z$	$N$	$A$
Hydrogen	${}^{1}_{1}\mathrm{H}$ (protium)	$1$	$0$	$1$
	${}^{2}_{1}\mathrm{H}$ (deuterium)	$1$	$1$	$2$
	${}^{3}_{1}\mathrm{H}$ (tritium)	$1$	$2$	$3$
Carbon	${}^{12}_{6}\mathrm{C}$ , ${}^{13}_{6}\mathrm{C}$ , ${}^{14}_{6}\mathrm{C}$	$6$	$6,\ 7,\ 8$	$12,\ 13,\ 14$
Chlorine	${}^{35}_{17}\mathrm{Cl}$ , ${}^{37}_{17}\mathrm{Cl}$	$17$	$18,\ 20$	$35,\ 37$

Phần lớn nguyên tố có nhiều đồng vị trong tự nhiên. Có đồng vị bền và đồng vị phóng xạ (ví dụ ${}^{14}\mathrm{C}$ , ${}^{3}\mathrm{H}$ ).

Tương tácHai đồng vị, hai hạt nhân

_{6}^{12} C

p = 6, n = 6, e = 6

_{6}^{13} C

p = 6, n = 7, e = 6

Cùng $Z = 6$ , khác số neutron ( $6$ và $7$ ): là đồng vị của cùng một nguyên tố, vỏ electron giống hệt nhau.

Chọn nguyên tố rồi chọn số khối cho mỗi nguyên tử. Hạt nhân (cam: proton, xám: neutron) khác nhau, nhưng vỏ electron giống hệt: đó là lí do tính chất hoá học giống nhau.

3. Đồng vị giống và khác nhau ở đâu

Giống: cùng số proton, cùng số electron, cùng cấu hình electron, nên tính chất hoá học giống nhau (tính chất hoá học do vỏ electron quyết định).
Khác: số neutron, khối lượng, nên một số tính chất vật lí khác (khối lượng riêng, nhiệt độ sôi, độ bền hạt nhân...). Ví dụ phân tử nước nặng $\mathrm{D_2O}$ có $M = 20$ so với $\mathrm{H_2O}$ có $M = 18$ .

Tương tácBản đồ hạt nhân

Thứ nhất:

_{6}^{12} C

Thứ hai: bấm ô thứ hai

Hàng ngang tô xanh: cùng Z. Ô tô cam: cùng số khối A với nguyên tử thứ nhất.

Bấm một ô, rồi bấm ô thứ hai. Cùng hàng ngang là cùng nguyên tố (đồng vị); cùng ô cam là cùng số khối nhưng khác nguyên tố. Thử 14C với 14N (cùng số khối), rồi 16O với 18O (đồng vị).

02Tóm tắt

Khái niệm	Điều kiện
Cùng nguyên tố	Cùng $Z$
Đồng vị	Cùng $Z$ , khác $A$ (khác $N$ )
Cùng số khối, khác $Z$	Khác nguyên tố, không là đồng vị
Tính chất	Hoá học giống nhau, vật lí có thể khác

Tiếp theoPhương pháp →