Bài 2: Hạt nhân nguyên tử – Nguyên tố hóa học – Đồng vị

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Hạt nhân nguyên tử

1.1.1. Điện tích hạt nhân

  • Nếu hạt nhân nguyên tử có Z hạt proton thì điện tích hạt nhân là Z+ và số đơn vị điện tích hạt nhân là Z.
  • số đơn vị điện tích hạt nhân = số p = số e = Z

1.1.2. Số khối:

  • Số khối của hạt nhân (A) bằng tổng số prton(Z) và tổng số nơtron (N)
  • Công thức: A = Z + N

1.2. Nguyên tố hóa học

1.2.1. Định nghĩa

  • Nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân nhưng khác số khối.
  • Những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân đều có tính chất hóa học giống nhau.

1.2.2. Số hiệu nguyên tử:

  • Số đơn vị điện tích hạt nhân (Z) của một nguyên tố được gọi là số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó.
  • Vậy: số hiệu nguyên tử =số đơn vị điện tích hạt nhân = số p = số e =Z

1.2.3. Kí hiệu nguyên tử \({}_Z^AX\)

  • X là kí hiệu nguyên tố.
  • A là số khối (A = Z + N)
  • Z là số hiệu nguyên tử

1.3. Đồng vị

  • Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác số nơtron, do đó số khối của chúng khác nhau.
  • Ví dụ:
    • Hiđro có 3 đồng vị là: \({}_1^1H;{}_1^2H;{}_1^3H\)
    • Clo có 2 đồng vị là: \({}_{17}^{35}Cl;{}_{17}^{37}Cl\)

Sơ đồ cấu tạo các nguyên tử đồng vị của nguyên tố Hidro

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo các nguyên tử đồng vị của nguyên tố Hidro

1.4. Nguyên tử khối và nguyên tử khối trung bình

1.4.1. Nguyên tử khối

  • Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của nguyên tử.
  • Công thức: A = mP + mn
  • Nguyên tử khối cho biết khối lượng nguyên tử đó nặng gấp bao nhiêu lần đơn vị khối lượng nguyên tử.

1.4.2. Nguyên tử khối trung bình

  • Công thức: \(\overline A = \frac{{{A_1}.x + {A_2}.y + {A_3}.z + ….{A_n}.n}}{{100}}\)
    • Trong đó A1, A2, A3,….là số khối của các đồng vị.
    • x, y, z,….là thành phần trăm của các đồng vị.
  • Ví dụ 1: Clo có hai đồng vị là \({}_{17}^{35}Cl;{}_{17}^{37}Cl\)

Nguyên tử khối trung bình của Cl là: \(\overline A = \frac{{{A_1}.x + {A_2}.y}}{{100}} = \frac{{35.75,77 + 37.24,23}}{{100}} = 35,5\)

  • Ví dụ 2: Xét 50 nguyên tử X thì có 27 nguyên tử X1 và 23 nguyên tử X2.

Số khối A1 = 35 + 44 =79; A2 =35 + 46=81

Ta có : \(\overline A = \frac{{79.27 + 81.23}}{{50}} = 79,92\)

Bài tập minh họa



Bài 1:

Nguyên tử của nguyên tố X có tổng số hạt là 40 .Tổng số hạt mang điện nhiều hơn tổng số hạt không mang điện là 12 hạt .Nguyên tố X có số khối là :

Hướng dẫn:

Tổng số hạt là 40 ⇒ e + p + n = 40 ⇔ 2p + n = 40 (1)

Tổng số hạt mang điện nhiều hơn tổng số hạt không mang điện là 12 hạt. Trong đó hạt mạng điện là p và e ; hạt không mang điện là notron ta có:

e + p – n = 12 ⇔ 2p – n = 12 (2)

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:

\(\left\{ \begin{array}{l} 2p + n = 40\\ 2p – n = 12 \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} p = 13 = e\\ n = 14 \end{array} \right.\)

Số khối A = p + n = 13 + 14 = 27

Bài 2:

Nguyên tố Cu có hai đồng vị bền là \({}_{29}^{63}Cu\)\({}_{29}^{65}Cu\) . Nguyên tử khối trung bình của Cu là 63,54. Tỉ lệ % đồng vị \({}_{29}^{63}Cu\) , \({}_{29}^{65}Cu\) lần lượt là

Hướng dẫn:

Gọi tỉ lệ phần trăm của \({}_{29}^{63}Cu\)\({}_{29}^{65}Cu\) lần lượt là x và (100 – x)

Áp dụng công thức tính phân tử khối trung bình

\(\begin{array}{l} \overline A = \frac{{63x + 65(100 – x)}}{{100}} = 63,54\\ \Rightarrow x = 73\% \end{array}\)

Vậy tỉ lệ phần trăm của ​​\({}_{29}^{63}Cu\)\({}_{29}^{65}Cu\) lần lượt là: 73% và 27%

Đối với bài toán đồng vị chỉ chứa 2 đồng vị thì các em có thể sử dụng phương pháp đường chéo để tìm nguyên tử khối trung bình, tỉ lệ phần trăm mỗi đồng vị.

Bài 3:

Cho hợp chất MX3, biết:

Tổng số hạt p , n , e là 196 trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 60

Nguyên tử khối của X lớn hơn của M là 8

Tổng 3 loại hạt (p , n , e) trong ion X nhiều hơn trong ion M3+ là 16

Hãy xác định M và X thuộc đồng vị nào của 2 nguyên tố đó

Hướng dẫn:

Trong M có Z proton , Z electron , N nơtron

X có Z’ proton , Z’ electron , N’ nơtron

⇒ Hệ phương trình:

\(\begin{array}{l} \left\{ \begin{array}{l} (2Z + N) + (6{\rm{Z}}’ + 3N’) = 196\\ (2{\rm{Z}} + 6{\rm{Z}}’) – (N + 3N’) = 60\\ (Z’ + N’) – (Z + N) = 8\\ (2{\rm{Z}}’ + N’ + 1) – (2{\rm{Z}} + N – 3) = 16 \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} Z = 13\\ Z’ = 17\\ N = 14\\ N’ = 18 \end{array} \right.\\ \Rightarrow {A_M} = 27;{\rm{ }}{{\rm{A}}_X} = 35\\ \Rightarrow {}_{13}^{27}M;{\rm{ }}{}_{17}^{35}X \end{array}\)