Trả lời nhanh
Đồng vị là những nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học nhưng khác nhau về số neutron (kéo theo khác nhau về số khối A). Chúng có cùng số proton, tức cùng điện tích hạt nhân Z và cùng số electron, nên có tính chất hóa học giống nhau; chỉ khác nhau về khối lượng nguyên tử.
Vì sao đáp án là “số neutron”?
Một nguyên tố hóa học được xác định bởi số proton trong hạt nhân (số hiệu nguyên tử Z). Vì vậy, các nguyên tử cùng nguyên tố bắt buộc phải có cùng Z. Trong nguyên tử trung hòa, số electron cũng bằng Z.
Đại lượng duy nhất còn “tự do” thay đổi là số neutron (N). Khi N thay đổi thì số khối A = Z + N thay đổi theo. Đó chính là lý do đồng vị khác nhau về số neutron và số khối.
Loại trừ các đại lượng khác
Khi gặp câu hỏi dạng điền khuyết này, các đại lượng sau thường được đưa ra làm phương án nhiễu:
- Số proton: sai, vì khác số proton nghĩa là khác nguyên tố.
- Số electron: sai, vì nguyên tử trung hòa có số electron bằng số proton, mà số proton của các đồng vị là như nhau.
- Điện tích hạt nhân: sai, vì điện tích hạt nhân bằng +Z, giống nhau giữa các đồng vị.
- Số neutron: đúng. Phương án “số khối” cũng là hệ quả (nếu có), nhưng nguyên nhân gốc là số neutron.
Ví dụ về đồng vị
| Nguyên tố | Đồng vị | Số proton | Số neutron |
|---|---|---|---|
| Hydrogen (Z = 1) | 1H (protium) | 1 | 0 |
| Hydrogen (Z = 1) | 2H (deuterium) | 1 | 1 |
| Hydrogen (Z = 1) | 3H (tritium) | 1 | 2 |
| Chlorine (Z = 17) | 35Cl | 17 | 18 |
| Chlorine (Z = 17) | 37Cl | 17 | 20 |
Nước nặng D2O chứa deuterium thay cho hydrogen thông thường; nó vẫn là “nước” về mặt hóa học nhưng nặng hơn nước thường.
Hệ quả: nguyên tử khối trung bình
Hầu hết nguyên tố tồn tại tự nhiên là hỗn hợp nhiều đồng vị, nên nguyên tử khối ghi trong bảng tuần hoàn là giá trị trung bình theo tỉ lệ phần trăm số nguyên tử:
A̅ = (A1·x1 + A2·x2 + …) / 100 (x là phần trăm số nguyên tử mỗi đồng vị).
Ví dụ: chlorine có 75,77% 35Cl và 24,23% 37Cl. Khi đó A̅ = (35·75,77 + 37·24,23)/100 ≈ 35,48, gần với giá trị 35,5 mà em hay gặp.
Mẹo nhớ và lỗi hay gặp
- Mẹo: “Đồng vị – đồng proton, khác neutron”.
- Lỗi 1: nhầm đồng vị với các nguyên tử có cùng số khối (đó là đồng khối, khác nguyên tố).
- Lỗi 2: cho rằng đồng vị khác tính chất hóa học. Thực tế tính chất hóa học phụ thuộc chủ yếu vào lớp electron, nên gần như giống nhau.
- Lỗi 3: quên số khối là số nguyên, còn nguyên tử khối trung bình thường là số thập phân.
Bài luyện tập
- Nguyên tử oxygen có Z = 8 với các số khối 16, 17, 18. Tính số neutron của từng đồng vị.
Đáp án: N = A − Z lần lượt là 8, 9 và 10. - Đồng (copper) tự nhiên gồm 63Cu và 65Cu, nguyên tử khối trung bình là 63,54. Tính phần trăm số nguyên tử mỗi đồng vị.
Đáp án: gọi x là tỉ lệ 65Cu, ta có 65x + 63(1 − x) = 63,54, suy ra 2x = 0,54, x = 0,27. Vậy 65Cu chiếm 27%, 63Cu chiếm 73%. - Hai nguyên tử X (Z = 6, A = 12) và Y (Z = 6, A = 14) có phải đồng vị không?
Đáp án: Có, vì cùng Z = 6 (cùng nguyên tố carbon) nhưng số neutron lần lượt 6 và 8.
Câu hỏi thường gặp
Đồng vị là những nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học nhưng khác nhau về điều gì?
Khác nhau về số neutron, do đó khác nhau về số khối. Số proton và số electron của các đồng vị thì như nhau.
Các đồng vị của cùng một nguyên tố có tính chất hóa học giống nhau không?
Có, vì chúng có cùng số electron và cấu hình electron. Chúng chỉ khác nhau chủ yếu ở khối lượng nguyên tử và một số tính chất vật lí.
Làm sao tính số neutron của một đồng vị?
Lấy số khối trừ số proton: N = A − Z. Ví dụ đồng vị 37Cl có Z = 17 nên N = 37 − 17 = 20.
Vì sao nguyên tử khối trong bảng tuần hoàn thường là số thập phân?
Vì đó là nguyên tử khối trung bình của hỗn hợp các đồng vị tự nhiên, tính theo tỉ lệ phần trăm số nguyên tử của từng đồng vị.