Đồng vị của Oxygen (O) (chi tiết nhất)

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

Đồng vị của Oxygen (O) (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 oxygen.

I. Đồng vị của Oxygen

- Ba đồng vị ổn định nhất của oxygen là oxygen – 16 (${}_8{}^{16}O$); oxygen – 17 (${}_8{}^{17}O$); oxygen – 18 (${}_8{}^{18}O$).

- Hàm lượng 3 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
16O	99,76%	Bền
17O	0,039%	Bền
18O	0,201%	Bền

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

${\overline{A}}_O=\frac{\mathrm{16.99,76}+\mathrm{17.0,039}+\mathrm{18.0,201}}{100}=\mathrm{16,00441}$

- Ngoài 3 đồng vị ổn định, oxygen còn có các đồng vị phóng xạ với số khối từ ¹²O tới ²⁴O cũng được tìm ra, tất cả đều có thời gian tồn tại ngắn.

II. Kiến thức mở rộng

1. Ứng dụng của một số đồng vị

a. Đồng vị oxygen trong nghiên cứu khí hậu:

- Oxygen-18:

+ Tìm hiểu khí hậu cổ đại: Bằng cách phân tích tỷ lệ ¹⁸O/¹⁶O trong các lớp băng, vỏ sò biển cổ đại, các nhà khoa học có thể suy ra nhiệt độ và lượng mưa trong quá khứ, từ đó tái hiện lại khí hậu của Trái Đất trong hàng triệu năm.

+ Nghiên cứu chu trình nước: Đồng vị oxygen giúp theo dõi quá trình bốc hơi, ngưng tụ và tuần hoàn của nước trong tự nhiên, từ đó hiểu rõ hơn về chu trình thủy văn và tác động của biến đổi khí hậu lên hệ thống này.

- Oxygen-17: Nghiên cứu quá trình quang hợp: Đồng vị oxygen-17 được sử dụng để làm sáng tỏ các cơ chế phức tạp trong quá trình quang hợp, một quá trình quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất.

b. Đồng vị oxygen trong địa chất:

+ Phân biệt nguồn gốc đá: Tỷ lệ đồng vị oxygen trong các loại đá khác nhau có thể giúp các nhà địa chất xác định nguồn gốc của chúng, từ đó hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và phát triển của vỏ Trái Đất.

+ Nghiên cứu quá trình kiến tạo mảng: Đồng vị oxygen được sử dụng để nghiên cứu quá trình di chuyển và va chạm của các mảng kiến tạo, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về động lực học của Trái Đất.

c. Đồng vị oxygen trong y học:

- Chụp PET: Đồng vị oxygen-15 được sử dụng trong kỹ thuật chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) để hình ảnh hóa các cơ quan và quá trình sinh lý trong cơ thể người, đặc biệt là tim và não.

- Nghiên cứu chuyển hóa: Đồng vị oxygen được sử dụng để theo dõi quá trình chuyển hóa các chất trong cơ thể, giúp chẩn đoán và điều trị các bệnh liên quan đến chuyển hóa.

d. Đồng vị oxygen trong công nghiệp:

- Đánh dấu nguyên tử: Đồng vị oxygen được sử dụng để đánh dấu các nguyên tử oxy trong các quá trình hóa học, giúp theo dõi và phân tích các phản ứng.

- Kiểm soát chất lượng: Đồng vị oxygen được sử dụng để kiểm soát chất lượng của các sản phẩm công nghiệp, đặc biệt là trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

e. Các ứng dụng khác:

- Khảo cổ học: Đồng vị oxygen được sử dụng để xác định nguồn gốc của các hiện vật khảo cổ, giúp tái hiện lại cuộc sống của con người trong quá khứ.

- Hóa học: Đồng vị oxygen được sử dụng trong các nghiên cứu hóa học để hiểu rõ hơn về các liên kết hóa học và cơ chế phản ứng.

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: Đồng vị phóng xạ cobalt (Co-60) phát ra tia γ có khả năng đâm xuyên mạnh, dùng điều trị các khối u ở sâu trong cơ thể. Cobalt có ba đồng vị: ⁵⁹Co (chiếm 98%), ⁵⁸Co và ⁶⁰Co; nguyên tử khối trung bình của cobalt là 58,982. Xác định hàm lượng phần trăm của đồng vị Co-60.

Hướng dẫn giải

${\overline{\text{A}}}_{Co}\text{ = }\frac{\text{60x + 58.(100 }-\text{ x }-\text{ 98) + 59.98}}{100}=\text{ 58,982 }\stackrel{}{\to }{\text{ x = \%}}^{60}\text{Co = 0,1\%}$

Câu 2. Hydrogen có nguyên tử khối là 1,008. Hỏi có bao nhiêu nguyên tử của đồng vị ²H trong 1 mL nước (cho rằng trong nước chỉ có đồng vị ²H và ¹H). Cho khối lượng riêng của nước là 1 g/mL.

Hướng dẫn giải

${\overline{\text{A}}}_H\text{ = }\frac{\text{x + 2.(100 }-\text{ x)}}{100}=\text{ 1,008 }\stackrel{}{\to }{\text{ x = \%}}^1{\text{H = 99,2; \%}}^2\text{H = 0,8\%}$

$n_{H_{2}O}\text{ = 1/18 }\Rightarrow {\text{ n}}_{H\left(H_{2}O\right)}\text{ = 1/9 mol }\stackrel{}{\to }$ Số nguyên tử H (H₂O) = (1/9).6,02.10²³ = 6,69.10²²

→ Số nguyên tử ²H (1 mL H₂O) = 0,8%.6,69.10²² = 5,35.10²⁰ nguyên tử.

Câu 3: Khối lượng nguyên tử của B bằng 10,81. B trong tự nhiên gồm hai đồng vị ¹⁰B và ¹¹B. Hỏi có bao nhiêu phần trăm ¹¹B trong axit boric H₃BO₃. Cho H₃BO₃ = 61,81.

Hướng dẫn giải

Khối lượng nguyên tử của B bằng 10,81 nên:

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

$\Rightarrow {\%}^{11}{B}_{\left(H_{3}Br{O}_3\right)}\text{ = }\frac{\mathrm{0,81.11}}{1.3\text{ + 16.3 + 10,81}}\text{.100 }\approx \text{ 14,42\%}$

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

• Đồng vị của Fluorine

• Đồng vị của Neon

• Đồng vị của Sodium

• Đồng vị của Magnesium

• Đồng vị của Aluminium

---