MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HÓA HỌC HẠT NHÂN

GV: Nguyễn Thị Hồng Hạnh

Huongdanvn.com –Có hơn 1000 sáng kiến kinh nghiệm hay

I/ Lý do chọn đề tài:
Khoa học là nguồn tri thức vô tận của con người , được nghiên cứu và phát minh ra
khoa học là niềm đam mê của mỗi người và của mỗi nhà khoa học. Một quốc gia có nền
kỹ thuật phát triển quốc gia đó có nền kinh tế phát triển . Vì vậy nghành giáo dục có vai
trò quan trọng và những người làm giáo dục mang một trọng trách rất lớn cho nên phải
luôn luôn học hỏi , tìm kiếm kiến thức , phương pháp giáo dục sao cho phù hợp làm cho
người học dễ hiểu , dễ tiếp thu.
Là giáo viên giảng dạy bộ môn hóa học ở trường trung học phổ thông chuyên tôi
nhận thấy rằng bài tập là một phương tiện dạy học quan trọng của người giáo viên. Bài
tập có rất nhiều tác dụng đối với học trò , do đó nghiên cứu lí thuyết và kết hợp với việc
xây dựng sưu tầm các bài tập trở nên hết sức cần thiết để từ đó khắc sâu kiến thức đã được
học . Trên cơ sở đó , tôi đã tiến hành tổng kết và xây dựng các dạng bài tập của Hoá Học
Hạt Nhân
II/ Mục đích nghiên cứu:
Nhằm làm cho học sinh có kỹ năng giải bài tập Hoá Học Hạt Nhân , phương pháp
suy luận một cách logic, có hướng đi cụ thể tạo điều kiện cho học sinh giải bài tập thuận
lợi hơn.
III/ Đối tượng nghiên cứu
Học sinh lớp chuyên hoá , bồi dưỡng học sinh giỏi.
IV/ Nhiệm vụ:
- Phát huy tính tích cực sáng tạo tự học của học sinh
- Giúp học sinh hiểu rõ và khắc sâu kiến thức
- Cung cấp thêm kiến thức mới, mở rộng hiểu biết của học sinh về các vấn đề thực
tiễn.


ˆ ˆ† 1
0 n ‡ ˆ ˆ 1 p + e + n0
1
1

1
+
p ‡ˆ ˆ†
ˆ ˆ 0 n + e + n0

e+ (positron), e- (negatron), ν0 (notrino, không mang điện tích và khối lượng rất nhỏ ;

1
me )
500

Thực ra, bản chất lực liên kết hạt nhân còn là vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu.
♣ Năng lượng liên kết hạt nhân
Bằng thực nghiệm người ta thấy rằng khối lượng của hạt nhân bao giờ cũng nhỏ hơn tổng khối
lượng của các nucleon tạo thành. Hiện tượng này gọi là sự hụt khối lượng.
D m = Z .m p + N .mn - mnhân
Khối lượng hụt này ứng với một năng lượng rất lớn được giải phóng khi hình thành hạt nhân từ
các nucleon. Năng lượng này được tính theo hệ thức:
ΔE = Δm . c2
(c: vận tốc ánh sáng ; 3.108 m/s)
ΔE được gọi là năng lượng liên kết hạt nhân.

2




Nguyên tố sản phẩm của sự phóng xạ α dịch chuyển 2 ô về bên trái nguyên tố mẹ trong bảng tuần
hoàn.
A
Z

X ¾¾
® - 10 e + Z +A1Y

Nguyên tố sản phẩm của sự phóng xạ β dịch chuyển một ô về bên phải nguyên tố mẹ trong bảng
tuần hoàn.
Phóng xạ γ không làm biến đổi nguyên tố nhưng có sự thay đổi trạng thái năng lượng của hạt
nhân.
Các nội dung trên của định luật chuyển dời thực chất bắt nguồn từ định luật bảo toàn số khối và
bảo toàn điện tích.
- Trong quá trình phóng xạ, đa số các sản phẩm tạo thành lại có tính phóng xạ vì vậy sự
phân huỷ nối tiếp nhau tạo thành dãy hay họ phóng xạ.
(HS xem các họ phóng xạ ở trang 71-73 một số vấn đề chọn lọc) hoá học tập 1).
♣ Động học các quá trình phóng xạ
Thực nghiệm xác định rằng về mặt động hoá học của tất cả các quá trình phân rã phóng xạ đều
tuân theo quy luật phản ứng một chiều bậc nhất.
A
→ sản phẩm
t=0
a
0
t
(a-x)
x
Nồng độ chất A ở thời điểm đầu (t = 0) là a.

(4)
1 N
k = ln 0
t N
hay N = No.e-kt
* Chu kì bán huỷ:
Thời gian để lượng chất ban đầu mất đi một nửa gọi là thời gian bán huỷ hay chu kì bán huỷ
(kí hiệu t1/2).
Thay N = No/2 vào (4) ta có:
1
ln 2
k = .ln 2 hay t1/2 =
(5)
t1/2
k
* Độ phóng xạ:
Độ phóng xạ A của một mẫu phóng xạ là đại lượng bằng số các phân rã trong một đơn vị thời
gian.
dN
A=
dt
Thực chất đây là tốc độ phân rã của mẫu phóng xạ.
♣ Phản ứng hạt nhân. Sự phân hạch hạt nhân. Phản ứng nhiệt hạch.

Phần II: Bài tập
Dạng 1: Năng lượng hạt nhân.
Bài 1: Hạt nhân Li có khối lượng m = 7,0160 (u). Tính năng lượng liên kết riêng của hạt
nhân Li. Biết rằng mp = 1,00724(u), mn = 1,00862(u).
Hướng dẫn
Cách 1:

A
7
* HS cần lưu ý về đơn vị:
1g 10- 3 kg
=
(N = 6,022.1023)
N
N
-19
1eV = 1,602.10 J; 1u = 931MeV.
J = kg.m2/s2;

u=

Bài 2: Tính năng lượng hạt nhân (theo KJ.mol-1) kèm theo quá trình biến đổi sau:
235
92

94
0
1
U + 01n ¾¾
® 40
Zr + 140
58 Ce + 6 - 1 e + 2 0 n

235
92

94

0
- 1e

+ 2m 1 n )
0

= 0,22384u.
ΔE = 0,22384.10-3.10-3.(3.108)2 = 2,01456.1010 (KJ.mol-1)
Nếu chú ý rằng đây là năng lượng được giải phóng sau phản ứng ta có thể viết:
ΔE = -2,01456.1010 (KJ.mol-1)

Dạng 2: Động học phản ứng phóng xạ tự nhiên
Bài 3: “Liệu pháp coban” dùng trong y học để chứa một số dạng ung thư dựa vào khả năng
làm giảm khối u của tia gamma. Coban-60 phân rã tạo ra hạt β, tia gamma có t 1/2 = 5,27 năm
theo phương trình:
60
27

Co ¾¾
® 2860 Ni + - 10 e +00 γ

Sau 30 năm một mẫu coban-60 nặng 3,42μg còn lại bao nhiêu?
Hướng dẫn
Ta biết

k=

ln 2
ln 2
=

4
0
U ¾¾
® 206
82 Pb + 8 2 He + 6 - 1 e

Ta thấy

nU(phân huỷ) = nPb(tạo thành)
m
m
Û ( Uran ) = Pb
A(Uran )
APb
Þ mU(phân huỷ) = mPb .

Ta biết
Vậy

A(Uran )
APb

= 1, 45.

238
= 1,6752 (μg)
206

1 N
1 m

6

C ¾¾
® 147 N + - 10b

(2)

Vì 14C được tạo thành theo (1) rồi bị phân huỷ theo (2) đều với vận tốc hằng định nên
trong khí quyển có lượng 14CO2 hằng định. Do đó cũng có một lượng nhỏ nhưng cũng hằng định
14
C trong cơ thể thực vật, động vật sống. Khi thực vật, động vật chết lượng 14C bị giảm (mà
không được bù lại).
Người ta xác định rằng: trong khí quyển, trong mỗi cở thể động thực vật đang sống cứ 1
giây trong 1 gam cacbon có 15,3 phân huỷ 14C. Khi cơ thể này chết đi tốc độ phân huỷ đó giảm
dần với chu kì bán huỷ là 5730 năm.
6


MT S VN V HểA HC HT NHN

GV: Nguyn Th Hng Hnh

ổ
Ro = k .N o ỹ
ùù
Ro N o ử
ỗ
ữ
ị
= ữ

- 4
1, 209.10
13,6
Bi 6:

226
88

Ra cú chu kỡ bỏn hu l 1590 nm. Hóy tớnh khi lng ca mt mu Radi cú cng

phúng x bng mt Curi (1 Ci = 3,7.1010 Bq).
Hng dn
Gi N l s nguyờn t Ra trong mu Ra ó cú 3,7.1010 phõn ró trong mt giõy.
dN
dN
v == k .N
= k .N
Ta cú
hay R =dt
dt
3,7.1010
3,7.1010
N=
(ln 2) / 1590
k
Mt cỏch gn ỳng MRa ; 226 (g/mol)
Khi lng ca mu Ra l:
226.N
226.3,7.1010.1590.365.24.3600
m=

6,6 3

t1/2 =

ln 2
ln 2
=
= 3,7997 (ngy)
k
0,1824
7


MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HÓA HỌC HẠT NHÂN

GV: Nguyễn Thị Hồng Hạnh

Bài 8: Uran thiên nhiên chứa 99,28% U 238 (t1/2 = 4,5.109 năm) và 0,72% U235 (t1/2 = 7,1.108
năm). Tính tốc độ phân rã mỗi đồng vị trên trong 10g U3O8 mới điều chế.
Hướng dẫn
Để làm bài này ta biết
v = k.N
(R = k.N)
Với v (hay R) là tốc độ phân huỷ hạt nhân
k là hằng số tốc độ phân huỷ
N là tổng số hạt nhân phóng xạ ở thời điểm t đang xét
ln 2
k=
và
(cần phải đổi t1/2 ra đơn vị giây)

Tính tỉ lệ độ phóng xạ C 11 so với C14 trong mẫu này sau 12 giờ kể từ nghiên cứu trên. (Biết 1
năm có 365 này)
Hướng dẫn
Độ phóng xạ v = k.N
Tại thời điểm đầu t = 0
vo ( C11 ) = k11.N o ( C11 )

(1)

vo ( C14 ) = k14 .N o ( C14 )

(2)

mà

N o ( C11 )
N o ( C14 )

= 1;

vo (C11 )
vo (C14 )

= 1,51.108 ; k14 =

ln 2
= 3,836.10- 12 (s-1)
5730.365.24.3600

từ (1) và (2) Þ k11 = 5,7926.10-4 (s-1)

Vậy

v(C11 )

từ (3) và (4) Þ

v(C14 )

=

v(C11 )

Û

v(C14 )
v(C11 )

Û

v(C14 )

k11 N ( C11 )
.
k14 N ( C14 )

=

k11 t ( k14 - k11 )
.e
k14

35
16
3
1

S ¾¾
® - 10 e + ...

H ¾¾
® - 10 e + ...

60
26

Fe ¾¾
® - 10 e + ...

207
3. Họ phóng xạ actini bắt đầu từ urani – 235 ( 235
92 U ) và kêt thúc bằng chì – 207 ( 82 Pb ). Năm giai

đoạn đầu xảy ra lần lượt sự phóng xạ α, β, α, α và β. Hãy xác định các đồng vị phóng xạ được
sinh ra ở mỗi giai đoạn bắt đầu từ urani – 235.
4. Cân bằng các phương trình phản ứng hạt nhân sau đây. Chỉ rõ số khối và số hiệu nguyên tử
của nguyên tố “?”
® 136 C + ?
a) 137 N ¾¾
b)

41

5. Triti 13 H là đồng vị phóng xạ của hydro, có chu kỳ bán huỷ là 12,3 năm.
3
1

H ¾¾
® - 10 e + 23 He

Nếu ban đầu có 1,5mg đồng vị đó thì sau 49,2 năm còn lại bao nhiêu miligam?
90
Sr ) là một đồng vị phóng xạ có chu kì bán huỷ (t 1/2) là 12 năm, được sinh ra khi
6. Stronti-90 ( 38

nổ bom nguyên tử. Đó là một đồng vị phóng xạ khá bền và nó có khuynh hướng tích tụ vào tuỷ
xương nên đặc biệt nguy hiểm cho người và súc vật.
a) Đây là một đồng vị phóng xạ β. Viết và cân bằng phương trình phản ứng, chỉ rõ sản phẩm của
phản ứng.
b) Một mẫu

90
38

Sr phóng ra 2000 phần tử β trong một phút. Hỏi cần bao nhiêu năm sự phóng xạ

mới giảm xuống 125 hạt β trong một phút?
7. Hãy nêu những nét lớn về ứng dụng của các đồng vị sau:
60
27

Co ,



239
94

91
1
Pu + ? ¾¾
® 39
Y + 146
55 Cs + 3 0 n + năng lượng.

® 2a + ?+ năng lượng.
c. 12 H + 37 Li ¾¾
d.

238
92

U + ? ¾¾
® 239
® 239
92 U ¾¾
93 Np + ?
¯
239
94

Pu + ?

10. Các nguyên tố sẽ biến đổi như thế nào khi phóng xạ α, β, γ?


Pb ?

13. Xét phản ứng phân hạch đơn giản sau:
235
92

U + n ¾¾
® 137
52Te + X + 2n .

Xác định hạt nhân X?
10

238
92

U


MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HÓA HỌC HẠT NHÂN

GV: Nguyễn Thị Hồng Hạnh

14. Hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân sau đây:
a.

238
92



101
41

Nb . Hãy

235
92

U . Cho biết: m ( 235U ) =

235,04u m ( 101Nb ) = 100,911u; m ( 132 Sb ) = 131,885u; mn = 1,0087u; c = 3.108m/s.
18. Có bao nhiêu hạt proton, notron trong mỗi hạt nhân sau đây:
a/ Ne22;
b/ Sr88;
c/ Sr92;d/ W180;
e/ Cm242.
19. Theo định luật Rusell-Sođy (Raxen-Xôđi): Khi một nguyên tố phóng xạ sẽ có sự thay đổi vị
trí của nó trong bảng tuần hoàn:
a/ Sự bức xạ một hạt α tạo ra một nguyên tố mới khác vị trí nguyên tố đầu hai nhóm về bên trái.
b/ Sự bức xạ một hạt β tạo ra một nguyên tố mới khác vị trí nguyên tố đầu một nhóm về bên phải.
Dựa vào bản chất hạt α và hạt β giải thích định luật này và nêu ví dụ cụ thể để minh hoạ.
20. Một hạt nhân 80Br35 có thể biên đổi bằng cách:
a/ Bức xạ một e- hay
b/ Bức xạ một positron (tức hạt +eo) hay
c/ Đoạt 1e-.
Trong mỗi trường hợp đó có nguyên tố mới nào được tạo thành? Viết phương trình tạo thành
nguyên tố đó.
21. Hạt nhân 90Th233 bức xạ liên tiếp 2e tạo ra một đồng vị Uran. Hãy viết phương trình cho quá
trình đó.

1e
27
o
f/ 12Mg
→
+
?
-1e
36
g/ 17Cl36
→
+
?
18Ar
239
235
h/ 94Pu
→
+
?
92U
207
23. Đồng vị 84Po có thể phân huỷ theo 3 cách:
a/ Đoạt 1e-; b/ Bức xạ một positron;
c/ Bức xạ một hạt α.
Hãy viết phương trình cho mỗi trường hợp đó.
11


MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HÓA HỌC HẠT NHÂN