Thế nào là đồng vị bền và đồng vị phóng xạ – Yêu Hoá Học

Đồng vị là gì? Chúng ta thường nghe nhắc đến khái niệm này nhưng không phải ai cũng hiểu rõ về nó. Trong bài viết ngày hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu rõ về khái niệm này. Ngoài ra, chúng ta cũng sẽ tìm hiểu thế nào là đồng vị bền và đồng vị phóng xạ. Mời các bạn nhé cùng theo dõi nhé!

I. Đồng vị là gì?

Trong nhiều trường hợp, nguyên tử của cùng một nguyên tố tuy có cùng số proton nhưng có số notron khác nhau. Do đó chúng có số khối khác nhau. Vậy những thông tin trên đây thì có liên quan như thế nào đến khái niệm đồng vị là gì?

Đồng vị được định nghĩa là các biến thể của một nguyên tố hóa học, trong đó hạt nhân nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số notron. Do đó, chúng có số khối khác nhau.

Ví dụ: Cacbon có 3 đồng vị là 126C, 136C và 146C với số notron lần lượt là 6, 7 và 8 notron. Số proton của chúng giống nhau là 6 proton.

dong-vi-nguyen-tu-khoi-trung-binh-1dong-vi-nguyen-tu-khoi-trung-binh-1

Các đồng vị được xếp vào cùng một vị trí trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Nguyên tử khối của một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị.

Các đồng vị có số notron trong hạt nhân khác nhau, do đó một số tính chất vật lý của chúng khác nhau. Ví dụ: ở dạng đơn chất, đồng vị 3517Cl có tỉ khối nhỏ hơn, nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 3717Cl.

Chúng ta cũng hay nghe nhắc đến đồng vị phóng xạ, vậy nó là gì? Chúng ta cùng tìm hiểu ngay sau đây nhé!

II. Đồng vị bền và đồng vị phóng xạ là gì?

Đa phần các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của các đồng vị. Theo hiện tại, chúng ta đã biết được khoảng 340 đồng vị tự nhiên và hơn 2400 đồng vị được con người tạo ra. Các đồng vị nhân tạo có nhiều ứng dụng quan trong trong nghiên cứu khoa học, y khoa, nông nghiệp…

Các nhà khoa học phân biệt đồng vị bền và không bền. Những đồng vị không bền này còn được gọi là đồng vị phóng xạ.

Hầu hết các đồng vị có số hiệu nguyên tử lớn hơn 82 là những đồng vị phóng xạ. Hạt nhân nguyên tử của những nguyên tố này có chứa các hạt proton và notron nhưng không ổn định.

Đồng vị bền là các đồng vị chưa bao giờ được quan sát thấy sự phân rã phóng xạ. Trong khi các đồng vị không bền quan sát được sự phân rã phóng xạ. Đồng vị phóng xạ là sản phẩm của quá trình phân rã phóng xạ để đưa hạt nhân về trạng thái cân bằng. Quá trình này có thể xảy ra tự nhiên hoặc nhân tạo và kèm theo sự phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ.

Ví dụ: 12C và 13C là các đồng vị bền trong khi 14C là đồng vị phóng xạ.

III. Ứng dụng của đồng vị phóng xạ

Mặc dù hiện tượng phóng xạ chỉ được phát hiện vào năm 1896 (bởi nhà bác học người Pháp Becquerel) nhưng các đồng vị phóng xạ đã nhanh chóng đóng vai trò quan trọng từ thế kỉ 20 đến ngày nay. Ứng dụng của chúng trong đời sống và kỹ thuật dựa trên 2 yếu tố.

– Tia phóng xạ tương tác mạnh với môi trường vật chất mà nó đi qua

– Do sự phát tia phóng, các đồng vị phóng xạ dễ được phát hiện bằng các máy đo nên có thể đóng vai trò của các nguyên tử đánh dấu.

Dưới đây là một số ứng dụng của đồng vị phóng xạ trong đời sống và kỹ thuật.

1. Trong y học

Đồng vị phóng xạ có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong nghiên cứu khoa học, nông nghiệp, đời sống… đặc biệt là phục vụ chuẩn đoán và điều trị trong y khoa.

• Phục vụ cho mục đích chuẩn đoán: những đồng vị phóng xạ có thời gian bán hủy ngắn, phân rã nhanh.
• Phục vụ cho mục đích điều trị: những đồng vị phóng xạ có thời gian bán hủy dài, phân rã lâu.

Đồng vị phóng xạ tham gia vào các quá trình sinh lý của cơ thể và không gây ra các tác dụng dược lý. Các quá trình sinh lý đó bao gồm phân hóa, phân bố hay thải trừ.

Nó được đưa vào cơ thể dưới dạng dược chất phóng xạ bằng cách gắn với các chất mang (tracer). Tiêm hoặc uống là 2 con đường đưa chúng vào cơ thể. Tùy vào mục đích và cơ quan chuẩn đoán cụ thể mà các dược chất phóng xạ được sử dụng là khác nhau.

2. Trong nông nghiệp và nghiên cứu sinh học

Các nguyên tử đánh dấu như đã nói ở trên có vai trò quan trọng trong các nghiên cứu di truyền học, giải mã gen, tìm hiểu sự vận chuyển của các axit amin trong cơ thể sinh vật…

dong-vi-nguyen-tu-khoi-trung-binh-2

Các tia phóng xạ có năng lượng lớn gây ra các đột biến gen tạo ra nhiều giống mới. Các giống mới này có nhiều ưu việt hơn. Và đây là cơ sở cho “cách mạng xanh” trên thế giới. Tia γ của đồng vị 60Coban là tác nhân chống mốc, tiệt trùng hiệu quả trong bảo quản hạt giống và lương thực, thực phẩm.

3. Ứng dụng trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học

Phương pháp nguyên tử đánh dấu được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học và trong công nghiệp. Nó dùng để kiểm tra sự di chuyển của nước mặt, nước ngầm, kiểm tra tốc độ thấm qua đê, đập, thăm dò dầu khí. Ngoài ra, nó còn dùng để nghiên cứu cơ chế của các phản ứng phức tạp và đo các hằng số hóa lý.

Tia γ dùng để kiểm tra độ đặc khít của bê-tông và các khối vật liệu khác nhờ khả năng đâm xuyên mạnh. Bên cạnh đó, nó còn giúp phát hiện các khuyết tật, vết nứt nằm sâu trong vật liệu mà không cần phá mẫu.

Năng lượng của các tia phóng xạ tạo ra nhiều biến đổi hóa học, biến tính vật liệu tạo ra các vật liệu với những tính chất độc đáo và hữu dụng.

Bằng các phương pháp hạt nhân mà chúng ta có khả năng phát hiện các tạp chất với nồng độ rất nhỏ từ 10-8 – 10-9. Phân tích đồng vị giúp xác định tuổi của các mẫu hóa thạch hoặc mẫu đất.

4. Ví dụ về một số đồng vị quen thuộc và ứng dụng của nó

Thật thiếu xót nếu chúng ta đã biết được đồng vị là gì mà lại quên lấy một số ví dụ để dễ hiểu hơn phải không nào.

Ví dụ: Hidro có 3 đồng vị là Proti (A=1), Deteri (A=2) và Triti (A=3). Trong đó các đồng vị proti và Deteri là phổ biến trong tự nhiên. Đồng vị Triti là không đáng kể.

dong-vi-nguyen-tu-khoi-trung-binh-3

Ví dụ về đồng vị và lợi ích của chúng:

• Cacbon 14: là đồng vị của cacbon, được ứng dụng trong khảo cổ học để xác định tuổi của đá và chất hữu cơ
• Cobalt 60: được sử dụng trong điều trị bệnh nhân ung thư.
• Technetium: được dùng trong y học để tìm kiếm mạch máu bị nghẽn.
• Uranium 235: được sử dụng trong các nhà máy điện hạt nhân hoặc được sử dụng để chế tạo bom nguyên tử.
• Iridium 192: là đồng vị nhân tạo dùng để kiểm tra độ kín của các ống.
• Asen 73: được xử dụng để xác định lượng asen hấp thụ bởi cơ thể.
• Vàng 198: ứng dụng trong khoan giếng dầu.
• Flourine 18: được dùng để nghiên cứu các mô cơ thể.
• Photpho 32: được dùng trong xét nghiệm y tế xương và tủy xương.
• Photpho 33: nhận biết hạt nhân DNA hoặc nucleotit.

… và nhiều đồng vị khác

Lời kết

Như vậy là chúng ta vừa cùng nhau tìm hiểu bản chất của đồng vị là gì, cũng như biết được thế nào là đồng vị bền và đồng vị phóng xạ. Trong hóa học luôn có nhiều điều mới mẻ để chúng ta khám phá. Những kiến thức luôn hữu ích cho cuộc sống của chúng ta. Chỉ cần chúng ta thật sự yêu thích chúng thì chúng sẽ giúp ích cho chúng ta một ngày nào đó. Chắc chắn là như vậy. Chúc các bạn thành công nhé!