Đồng vị phóng xạ chính là đồng vị của nguyên tố hóa học. Đồng vị này có hạt nhân nguyên tử của nguyên tố phát ra bức xạ ion hóa do tồn tại ở trạng thá
Đồng vị phóng xạ và ứng dụng trong hạt nhân học
CHUYÊN ĐỀ MỞ RỘNG: ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ – ỨNG DỤNG TRONG HẠT NHÂN HỌC
Phần I: Kiến thức cơ bản và Mở rộng.
1.1. Khái niệm về đồng vị:
Là những nguyên tử có cùng số proton (Z) nhưng khác nhau về số nơtron (N) → khác số khối (A).
1.2. Đồng vị phóng xạ là gì?
Đồng vị phóng xạ là đồng vị không bền, có thể tự phân rã và phát ra các bức xạ ion hóa như:
Tia alpha (α): hạt nhân Helium (⁴₂He) – mang điện dương
Tia beta (β⁻, β⁺): electron hoặc positron
Tia gamma (γ): sóng điện từ năng lượng cao
Chu kỳ bán rã (T₁/₂): thời gian để một nửa số hạt nhân phóng xạ trong mẫu phân rã.
1.3. Công thức cơ bản cần nhớ
A. Công thức chu kỳ bán rã:
Trong đó:
- N 0 : số hạt nhân ban đầu
- N: số hạt nhân còn lại sau thời gian t
- T: chu kỳ bán rã
B. Khối lượng phân rã:
1.4. Một số đồng vị phóng xạ quan trọng:
Phần II: Các dạng bài tập đồng vị phóng xạ.
Dạng 1: Tính số hạt còn lại sau thời gian phân rã
Ví dụ 1:
Một mẫu chứa 1 mol 14 C, có chu kỳ bán rã là 5730 năm. Hỏi sau 11460 năm còn lại bao nhiêu mol 14C?
Giải:
Đáp án: 0.25 mol
Dạng 2: Tính phần trăm khối lượng còn lại
Ví dụ 2:
Một mẫu chất phóng xạ có khối lượng 10 g, chu kỳ bán rã là 3 ngày. Sau 6 ngày, khối lượng chất còn lại là bao nhiêu?
Giải:
Đáp án: 2.5 g
Dạng 3: Tính số chu kỳ bán rã từ dữ liệu thực nghiệm
Ví dụ 3:
Một chất ban đầu có 20 g. Sau một thời gian còn 1.25 g. Hỏi đã qua bao nhiêu chu kỳ bán rã?
Giải:
Đáp án: 4 chu kỳ
Dạng 4: Viết phương trình phản ứng phân rã hạt nhân
Ví dụ 4:
Viết phương trình phân rã của 
Giải:
Giải thích:
- Phóng xạ β⁻ → neutron chuyển thành proton
- Tăng Z từ 6 lên 7
Đáp án: phương trình đúng như trên.
Dạng 5: Bài toán liên quan đến xác định tuổi cổ vật
Ví dụ 5:
Một mẫu xương hóa thạch chứa 25% lượng 14C so với cơ thể sống. Biết chu kỳ bán rã của 14C là 5730 năm. Tuổi của mẫu là bao nhiêu?
Giải:
Đáp án: 11.460 năm
Dạng 6 (Nâng cao): Liên hệ giữa số hạt phân rã và tổng năng lượng tỏa ra
Ví dụ 6: Một mẫu 1 g 60Co (A = 60, T = 5.27 năm), mỗi phân rã phát ra 1 hạt γ mang năng lượng 2 MeV. Sau 15.81 năm, tổng năng lượng phát ra là bao nhiêu (đơn vị J)?
Gợi ý giải:
Tính số mol Co → số hạt nhân ban đầu
Tính số hạt nhân phân rã:
Đổi 2 MeV → J: 1 MeV = 1.602 × 10⁻¹³ J
Nhân số hạt với năng lượng/phân rã
Đây là dạng nâng cao liên kết vật lý – hóa học hạt nhân.
Phần III : Kết luận – Ứng dụng và phát triển tư duy.
Tổng kết:
- Đồng vị phóng xạ là dạng mở rộng rất quan trọng của chủ đề “đồng vị” trong hóa học.
- Các bài toán về chu kỳ bán rã thường gặp trong đề thi nâng cao hoặc các đề thi học sinh giỏi.
- Kiến thức liên ngành với Vật lý hạt nhân, Y học hạt nhân, Hóa học nguyên tử.
Mở rộng tư duy và ứng dụng thực tiễn
Xem thêm:
COMMENTS