Đồng vị của Nitrogen (N) (chi tiết nhất)

Bài viết đồng vị của Nitrogen hay đồng vị của N chi tiết nhất giúp học sinh các cấp có thêm thông tin về đồng vị của N từ đó học tốt môn Hóa hơn.

Đồng vị của Nitrogen (N) (chi tiết nhất)

Mỗi nguyên tố hóa học đều có nhiều đồng vị, bài viết sau sẽ cung cấp cho các em kiến thức về đồng vị của nitrogen.

I. Đồng vị của Nitrogen

- Hai đồng vị ổn định nhất của nitrogen là nitrogen – 14 (${}_7{}^{14}N$); nitrogen – 15 (${}_7{}^{15}N$).

- Hai đồng vị trên được tìm thấy trong tự nhiên với hàm lượng như sau:

Đồng vị	Nguồn tự nhiên	Chu kỳ bán rã	Kiểu phân rã	Năng lượng phân rã (MeV)	Sản phẩm phân rã
14N	99,634%	Bền
15N	0,366%	Bền

- Nguyên tử khối trung bình của nitrogen được tính như sau:

${\overline{A}}_N=\frac{\mathrm{14.99,634}+\mathrm{15.0,366}}{100}=\mathrm{14,00366}$

- Ngoài 2 đồng vị ổn định, nitrogen còn có 14 đồng vị phóng xạ, với khối lượng nguyên tử từ 10 đến 25 và một đồng phân hạt nhân ^11mN.

II. Kiến thức mở rộng

1. Ứng dụng của một số đồng vị

Đồng vị nitrogen-15 (¹⁵N) có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp

a. Nghiên cứu khoa học:

- Sinh học:

+ Đánh dấu đồng vị: ¹⁵N được sử dụng để đánh dấu các phân tử nitơ trong các quá trình sinh học, giúp theo dõi sự chuyển hóa nitơ trong các hệ thống sinh vật.

+ Nghiên cứu protein: ¹⁵N NMR (Nữ từ cộng hưởng hạt nhân) được sử dụng để xác định cấu trúc và chức năng của protein.

- Hóa học:

+ Cơ chế phản ứng: ¹⁵N được sử dụng để nghiên cứu cơ chế của các phản ứng hóa học liên quan đến nitơ.

+ Động học phản ứng: Đo lường tốc độ phản ứng và xác định các thông số động học.

- Địa chất:

+ Phân tích tuổi: Các đồng vị nitơ ổn định được sử dụng để xác định tuổi của các mẫu vật địa chất.

+ Nguồn gốc mẫu vật: Xác định nguồn gốc của các mẫu vật dựa trên hàm lượng đồng vị nitơ.

b. Nông nghiệp:

- Quản lý phân bón: ¹⁵N được sử dụng để đánh giá hiệu quả sử dụng phân bón nitơ, giúp tối ưu hóa việc bón phân và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

- Nghiên cứu chu trình nitrogen: Nghiên cứu sự chuyển hóa nitơ trong đất, cây trồng và hệ sinh thái.

c. Y học: Chẩn đoán hình ảnh: Một số đồng vị phóng xạ của nitơ được sử dụng trong các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh như PET (Positron Emission Tomography).

d. Công nghiệp:

- Sản xuất hóa chất: ¹⁵N được sử dụng để sản xuất các hợp chất hóa học có độ tinh khiết cao.

- Ngành dầu khí: ¹⁵N được sử dụng để đánh dấu các hợp chất trong quá trình thăm dò và khai thác dầu khí.

2. Công thức tính nguyên tử khối trung bình

- Nguyên tử khối của một nguyên tố hóa học có nhiều đồng vị là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị, có tính đến tỉ lệ số nguyên tử các đồng vị tương ứng.

- Công thức tính nguyên tử khối trung bình của nguyên tố X:

$\overline{A_X}=\frac{X\times x+Y\times y+Z\times z+\mathrm{...}}{x+y+z+\mathrm{...}}$

Trong đó:

$\overline{A_X}$: là nguyên tử khối trung bình của X

X, Y, Z …: lần lượt là số khối của các đồng vị.

x, y, z… là phần trăm số nguyên tử của các đồng vị tương ứng.

III. Bài tập minh họa

Câu 1: Nguyên tố X có hai đồng vị là X₁, X₂,  Đồng vị X₂ có nhiều hơn đồng vị X₁ là 2 neutron. Tính số khối và tỉ lệ phần trăm của mỗi đồng vị, biết tỉ lệ số nguyên tử của hai đồng vị là X₁: X₂ = 3: 2.

Hướng dẫn giải

$\stackrel{3:2}{\to }{\text{ \%X}}_1{\text{ = (3/5).100 = 60\%; \%X}}_2\text{ = 40\%}$

$\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}\frac{A_1.60{\text{ + A}}_2.40}{100}\text{ = 24,8}\\ {\text{A}}_2-{\text{ A}}_1\text{ = 2}\end{array}\right.\stackrel{}{\to }\left\{\begin{array}{l}{A}_1\text{ = 24}\\ {\text{A}}_2\text{ = 26}\end{array}\right.$

Câu 2. Boron là nguyên tố có nhiều tác dụng đối với cơ thể người như: làm lành vết thương, điều hòa nội tiết sinh dục, chống viêm khớp,… Do ngọn lửa cháy có màu đặc biệt nên boron vô định hình được dùng làm pháo hoa. Boron có hai đồng vị là ¹⁰B và ¹¹B, nguyên tử khối trung bình là 10,81. Tính phần trăm mỗi đồng vị của boron.

Hướng dẫn giải

${\overline{\text{A}}}_B\text{ = }\frac{\text{10x + 11.(100 }-\text{ x)}}{100}=$$\mathrm{10,81 }\stackrel{}{\to }{\text{ x = \%}}^{10}{\text{B = 19; \%}}^{11}\text{B = 81\%}$

Câu 3: Nguyên tố A có hai đồng vị X và Y. Tỉ lệ số nguyên tử của X: Y là 45: 455. Tổng số hạt trong nguyên tử của X bằng 32. Trong Y số hạt mang điện gấp 2 lần số hạt không mang điện. Tính nguyên tử khối trung bình của A.

Hướng dẫn giải

Gọi số hạt proton, neutron trong nguyên tử X lần lượt là Z_X, N_X

Theo bài ra ta có:

- Tổng số hạt trong nguyên tử của X bằng 32 nên:

$\left\{\begin{array}{l}{\text{2Z}}_X{\text{ + N}}_X\text{ = 32 }\to \text{ N = 32 }-\text{ 2Z}\\ 1\le \text{ (N/Z) }\le \text{ 1,5}\end{array}\right.$$\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}1\le \text{ (32 }-\text{ 2Z)/Z}\\ \text{(32 }-\text{ 2Z)/Z }\le \text{ 1,5}\end{array}\right.\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}Z\le \text{ 10,67}\\ \text{Z }\ge \text{ 9,141}\end{array}\right.$

$\Rightarrow {\text{ Z}}_X{\text{ = 10 (Ne); N}}_X\text{ = 12 }\stackrel{}{\to }{\text{ X: }}_{10}^{22}\text{Ne}$

- Trong Y số hạt mang điện gấp 2 lần số hạt không mang điện nên:

$2Z_Y=2N_Y\Rightarrow {\text{ Z}}_Y{\text{ = N}}_Y\text{ = 10 }\stackrel{}{\to }{\text{ Y: }}_{10}^{20}\text{Ne}$

- Tỉ lệ số nguyên tử của X: Y là 45: 455 nên:

$\stackrel{45:455}{\to }\text{ \%X = (45/500).100 = 9\%; \%Y = 91\%}$

$\stackrel{}{\to }{\overline{\text{A}}}_A\text{ = }\frac{22.9\text{ + 20.91}}{100}\text{ = 20,18}$

Xem thêm các bài viết về đồng vị của các nguyên tố hóa học hay khác:

• Đồng vị của Oxygen

• Đồng vị của Fluorine

• Đồng vị của Neon

• Đồng vị của Sodium

• Đồng vị của Magnesium

---