Đồng vị của Zirconium (Zr) (chi tiết nhất)

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

Đồng vị của Zirconium (Zr) (chi tiết nhất)

Cho đến năm 2020, đã có 118 nguyên tố hóa học được xác định, trong đó có 94 nguyên tố có nguồn gốc tự nhiên, còn lại là nguyên tố nhân tạo. 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 Zirconium.

I. Đồng vị của Zirconium

- Ba đồng vị ổn định nhất của Zirconium là ${}_{40}{}^{90}Zr; {}_{40}{}^{91}Zr; {}_{40}{}^{92}Zr$

- Hai đồng vị không ổn định của Zirconium là ${}_{40}{}^{94}Zr; {}_{40}{}^{96}Zr$

- Năm đồng vị của Zirconium được tìm thấy trong tự nhiên với hàm lượng như sau:

Zirconium (ziriconi – Zr) (Z = 40)

Đồng vị	Nguồn tự nhiên	Chu kỳ bán rã	Kiểu phân rã	Năng lượng phân rã (MeV)	Sản phẩm phân rã
90Zr	51,45%	Bền
91Zr	11,22%	Bền
92Zr	17,15%	Bền
94Zr	17,38%	1,1,1017 năm	β-	1,144	94Mo
96Zr	2,8%	2,0,1019 năm	β-	3,348	96Mo

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

${\overline{A}}_{Zr}=\frac{\mathrm{90.51,45}+\mathrm{91.11,22}+\mathrm{92.17,15}+\mathrm{94.17,38}+\mathrm{96.2,8}}{100}=\mathrm{91,3184}$

II. Kiến thức mở rộng

1. Ứng dụng của một số đồng vị

- ⁹⁰Zr là một đồng vị ổn định chủ yếu được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học, vật lý hạt nhân và công nghệ vật liệu. Nó đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu hạt nhân, đặc biệt là trong việc hiểu các phản ứng hạt nhân và cấu trúc hạt nhân, cũng như trong các ứng dụng công nghiệp yêu cầu vật liệu chịu nhiệt và kháng ăn mòn như trong lò phản ứng hạt nhân, thiết bị không gian, và ngành công nghiệp hóa chất.

- ⁹¹Zr được sử dụng trong sản xuất vật liệu gốm và thủy tinh đặc biệt do tính chất chịu nhiệt và độ bền cao, được sử dụng để chế tạo các thiết bị và linh kiện trong các ngành công nghiệp yêu cầu vật liệu chịu nhiệt

- ⁹²Zr nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu siêu dẫn. Các hợp chất zirconium được sử dụng trong các vật liệu siêu dẫn, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu độ bền và tính ổn định dưới các điều kiện nhiệt độ thấp.

- ⁹⁴Zr được sử dụng trong sản xuất vật liệu quang học đặc biệt, chẳng hạn như gương quang học, kính quang học và các vật liệu khác cần có tính ổn định cao dưới ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao.

- ⁹⁶Zr  chủ yếu được ứng dụng trong các lĩnh vực năng lượng hạt nhân, vật liệu chịu nhiệt và chống ăn mòn, cùng với nghiên cứu hạt nhân và vật liệu công nghiệp. ⁹⁶Zr đóng vai trò quan trọng trong bao bọc nhiên liệu hạt nhân, nơi nó bảo vệ các thanh nhiên liệu trong môi trường phản ứng hạt nhân mà không can thiệp vào quá trình phân hạch.

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: Một loại khí chlorine có chứa 2 đồng vị ³⁵Cl và ³⁷Cl. Cho Cl₂ tác dụng với H₂ rồi lấy sản phẩm hoà tan vào nước thu được dung dịch X. Chia dung dịch X thành hai phần bằng nhau:

- Phần thứ nhất cho tác dụng vừa đủ với 125 ml dung dịch Ba(OH)₂ 0,88M.

- Phần thứ hai cho tác dụng với AgNO₃ vừa đủ ta thu được 31,57 gam kết tủa. Thành phần % số nguyên tử của mỗi đồng vị là bao nhiêu?

A. ${\text{\%}}^{35}{\text{Cl = 65\%; \%}}^{37}\text{Cl = 35\%}$

B. ${\text{\%}}^{35}{\text{Cl = 25\%; \%}}^{37}\text{Cl = 75\%}$

C. ${\text{\%}}^{35}{\text{Cl = 35\%; \%}}^{37}\text{Cl = 65\%}$

D. ${\text{\%}}^{35}{\text{Cl = 75\%; \%}}^{37}\text{Cl = 25\%}$

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

$C{l}_2{\text{ + H}}_2\stackrel{}{\to }\text{ 2HCl}$

$P_1{\text{: 2HCl + Ba(OH)}}_2\text{ (0,11) }\stackrel{}{\to }{\text{ BaCl}}_2{\text{ + 2H}}_{2}O$

$\stackrel{PTHH}{\to }{\text{ n}}_{HCl\left(P_1\right)}\text{ = 0,22 mol}$

$P_2\text{: HCl + }AgN{O}_3\stackrel{}{\to }AgCl\downarrow \text{ + H}N{O}_3$

$\stackrel{PTHH}{\to }{\text{ n}}_{AgCl}{\text{ = n}}_{HCl}\text{ = 0,22 mol }\Rightarrow {\text{ M}}_{AgCl}\text{ = 143,5 }\stackrel{}{\to }{\text{ M}}_{Cl}\text{ = 35,5}$

${\overline{A}}_{Cl}\text{ = }\frac{35x\text{ + 37.(100 }-\text{ x)}}{100}\text{ = 35,5 }\stackrel{}{\to }{\text{ x = \%}}^{35}{\text{Cl = 75\%; \%}}^{37}\text{Cl = 25\%}$

Câu 2: Trong tự nhiên, hydrogen có 2 đồng vị bền là ¹H (99,984%) và ²H (0,016%); chlorine có 2 đồng vị bền là ³⁵Cl (75,77%) và ³⁷Cl (24,23%). Phân tử khối trung bình của HCl là

A. 35,48.

B. 36,48.

C. 35,84.

D. 36,84.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$\begin{array}{l}{\overline{A}}_H\text{ = }\frac{1.\text{99,984 + 2.0,016}}{100}\approx \text{ 1; }{\overline{A}}_{Cl}\text{ = }\frac{35.\text{75,77 + 37.24,23}}{100}\text{ = 35,48 }\\ \stackrel{}{\to }{\text{ M}}_{HCl}\text{ = 36,48}\end{array}$

Câu 3: Một dung dịch X chứa 8,19 gam muối NaX tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO₃ thu được 20,09 gam kết tủa. X có 2 đồng vị bền. Biết số nguyên tử của đồng vị thứ nhất nhiều gấp 3 lần số nguyên tử của đồng vị thứ 2, hạt nhân đồng vị thứ nhất có ít hơn hạt nhân đồng vị thứ hai là 2 neutron. Số khối của đồng vị nhỏ hơn là

A. 37.

B. 35.

C. 9.

D. 85.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$NaX{\text{ + AgNO}}_3\stackrel{}{\to }\text{ AgX}\downarrow {\text{ + NaNO}}_3$

$\stackrel{PTHH}{\to }{\text{ n}}_{NaX}{\text{ = n}}_{AgX}\iff \frac{\mathrm{8,19}}{23\text{ + X}}\text{ = }\frac{\mathrm{20,09}}{\text{108 + X}}\stackrel{}{\to }\text{ X = 35,5 (Cl)}$

Số khối đồng vị thứ 1 là A, đồng vị thứ 2 là (A + 2)

Số nguyên tử của đồng vị thứ nhất nhiều gấp 3 lần số nguyên tử của đồng vị thứ hai: %(đồng vị thứ 1) = 75%; %(đồng vị thứ 2): 25%

$\Rightarrow \frac{75.A\text{ + 25.(A + 2)}}{100}\text{ = 35,5 }\stackrel{}{\to }\text{ A = 35}$

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

• Đồng vị của Niobium

• Đồng vị của Molybdelum

• Đồng vị của Ruthenium

• Đồng vị của Rhodium

• Đồng vị của Paladium

---