Đồng vị: Biến thể độc đáo trong thế giới hạt nhân

Trong lĩnh vực vật lý hạt nhân, đồng vị là những biến thể đặc biệt của các nguyên tố hóa học. Chúng có cùng số proton trong hạt nhân nguyên tử, nhưng khác nhau về...

Ba đồng vị trong tự nhiên của hydro: Proti (1H) với 0 neutron. Deuteri (2H) với 1 neutron. Triti (3H) với 2 neutron.

Trong lĩnh vực vật lý hạt nhân, đồng vị là những biến thể đặc biệt của các nguyên tố hóa học. Chúng có cùng số proton trong hạt nhân nguyên tử, nhưng khác nhau về số neutron, điều này dẫn đến số khối khác nhau. Thuật ngữ "đồng vị" được lấy từ tiếng Hy Lạp, có ý nghĩa là "cùng một chỗ". Điều này ngụ ý rằng các đồng vị khác nhau của cùng một nguyên tố chiếm vị trí duy nhất trong bảng tuần hoàn Mendeleev.

Mỗi nguyên tố hóa học được định nghĩa bởi số proton trong hạt nhân và số electron trong trạng thái nguyên tử trung tính. Các nguyên tử của cùng một nguyên tố có thể có một phạm vi đa dạng của số neutron. Số lượng nucleon (tức là proton và neutron) trong hạt nhân được gọi là số khối của nguyên tử. Ví dụ, carbon-12, carbon-13 và carbon-14 là ba đồng vị của nguyên tố carbon với số khối tương ứng là 12, 13 và 14. Số nguyên tử của carbon là 6, có nghĩa là mỗi nguyên tử carbon có 6 proton, và số neutron tương ứng là 6, 7 và 8.

Mặc dù đồng vị chỉ khác nhau về số neutron, cấu trúc electron của chúng là giống nhau. Do đó, tính chất hóa học của các đồng vị không thay đổi, nhưng tính chất vật lý có thể thay đổi do sự khác biệt về khối lượng.

Chu kỳ bán rã của đồng vị. Các ô biểu diễn đồng vị bền lệch khỏi đường Z = N khi số nguyên tử Z tăng.

Các cơ quan khoa học quốc tế như Liên đoàn Quốc tế về Hoá học Thuần túy và Ứng dụng (IUPAC) và Ủy ban Đồng vị và Khối lượng Nguyên tử (CIAAW) đưa ra các quy định về ký hiệu và tên gọi cho các đồng vị và hợp chất hóa học. Hiện nay, tên khoa học của các đồng vị được viết với tên của nguyên tố, theo sau là dấu trừ và số nucleon (proton và neutron). Ví dụ: heli-3, carbon-12, carbon-14, iod-131, urani-238.

Dạng ký hiệu AZE (AZE notation) thể hiện số khối (A), số nguyên tử (Z), và ký hiệu hóa học (E). Tuy nhiên, trong thực tế, số nguyên tử (Z) đã được đặc trưng rõ bằng ký hiệu hóa học (E), ví dụ như 3He, 12C, 14C, 131I, 238U.

Có một số đồng vị có tính phóng xạ, được gọi là đồng vị phóng xạ hoặc hạt nhân phóng xạ, trong khi những đồng vị khác được coi là đồng vị bền hoặc hạt nhân bền. Trên Trái Đất, có khoảng 339 hạt nhân tự nhiên, trong đó 286 là nuclide nguyên thủy tồn tại từ khi Hệ Mặt Trời hình thành. Nuclide nguyên thủy bao gồm 32 hạt nhân có chu kỳ bán rã rất dài và 253 được coi là hạt nhân bền chưa từng phân rã.

Nếu một nguyên tố có đồng vị ổn định, các đồng vị đó sẽ chiếm ưu thế trong việc tạo thành nguyên tố trên Trái Đất và trong Hệ Mặt Trời. Tuy nhiên, có ba nguyên tố (teluri, indi và rheni) mà đồng vị phóng xạ nhất thực tế lại chiếm ưu thế trong tự nhiên, mặc dù các nguyên tố này cũng có một hoặc nhiều đồng vị bền.

Đồng vị là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực hạt nhân, đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu về cấu trúc của vật chất và sự biến đổi của nguyên tố. Hãy cùng khám phá thêm về đồng vị để hiểu sâu hơn về thế giới hạt nhân!

Tham khảo:

1