Chuyền đề: Sơ lược phát triển hạt nhân - tài liệu tham khảo | Đại học Hoa Sen

1
CHUYÊN ĐỀ - SƠ LƯỢC PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
A. Các vấn đề lý thuyết cần nắm vững:
I. Các định luật chuyển dịch phóng xạ:
- Dựa trên cơ sở của định luật bảo toàn số khối và bảo toàn số Z
Xét phân rã hạt nhân có dạng : → + Ta có : A = A1 + A2 Z = Z + Z 1 2
(1) Khi phân rã  số khối giảm 4 còn số thứ tự giảm 2 đơn vị (A'=A- 4; Z'=Z-2),
(2) Khi phân rã - số khối không thay đổi, số thứ tự tăng 1 đơn vị.
(3) Khi phân rã + số khối không thay đổi, số thứ tự giảm 1 đơn vị.
(4) Khi phân rã ɣ không có sự thay đổi về A và Z. Chỉ có sự thay đổi về năng lượng.
II. Động học phóng xạ - các công thức cần nhớ
1. Quan hệ giữa hằng số tốc độ phân rã và thời gian bán huỷ
t1/2=ln2/k=0.69315/k (1) hoặc: k=ln2/ t1/2 . (2)
2. Số hạt nhân còn lại sau thời gian t: N=Noe-Kt hay ln( N / N) = kt 0 N=N (1/2)t/ t1/2 o . (3)
chú ý : e=2,718; ln2 =0,69315
3. Định nghĩa hoạt độ phóng xạ A=-dN/dt=kN. (4)
4. Sự thay đổi hoạt độ phóng xạ theo thời gian:
A=A .e-Kt t/t1/2 0 =A (1/2) 0 , (5)
trong đó A0 là hoạt độ phóng xạ ban đầu., A0= k. N0
5. Cân bằng phóng xạ thế kỷ(K1<N2/ N = K 1 / K 1 2 = t1/2(2)/ t1/2(1) . (6) Từ (6) rút ra: K N 2 = K 2 N 1 1 (7) hay: A2 =A1 (8) ở đây A = k 2 N 2 ; 2 A1 = k N 1
là hoạt độ phóng xạ . 1
Vì k1<2 nghĩa là sự phân rã của nuclit mẹ có tốc độ rất nhỏ, trong một khoảng thời gian nhất định
có thể xem số nguyên tử của nuclit mẹ là không thay đổi: N 0 1 = N1 = const. (9) Suy ra: N 0 2 = N1k1/ k = N 2 1 k / k 1 = const. 2 (10)
Như vậy, khi đạt đến cân bằng phóng xạ, trong một khoảng thời gian nhất định có thể xem số nguyên
tử của nuclit mẹ, số nguyên tử của nuclit con, hoạt độ phóng xạ của mẹ và con là không thay đổi.
Đối với con cháu đời thứ n:
và: An = A1 (12)
Như thế các phương trình (6) và (8) về trạng thái cân bằng thế kỷ không chỉ áp dụng cho nuclit con
trực tiếp mà cho bất kỳ con cháu nào của họ phóng xạ bao gồm các phân rã nối tiếp nhau.
6. Cân bằng phóng xạ tạm thời ( K1< K ) 2
Khi t là đủ lớn, trong thực tế thường lấy , và rút ra: 
III. Hiệu ứng năng lượng của phản ứng hạt nhân:
Sự phân rã phóng xạ có thể biểu diễn bởi phương trình phản ứng tổng quát: AB + x + E . (2.17)
Phương trình này cho biết rằng một nguyên tử A chuyển hoá thành nguyên tử B phát ra một hạt x và
giải phóng năng lượng E. Sự tính E cho biết khả năng tự diễn ra phản ứng (2.17). E>0 nghĩa là sự phân
rã là có khả năng tự xảy ra. Còn E<0 thì ngược lại.
Năng lượng giải phóng E được chia cho hạt nhân B và hạt x. Hạt x nhận được phần năng lượng lớn
hơn nhiều vì nó có khối lượng nhỏ.
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ 2 -Phân rã : E = (M - M 2 1 - M 2 He)c (2.89) với M = m + Zme.
- Phân rã - và EC (electron capture): ΔE = (M - M 2 1 ) c 2 . (2.98) - Phân rã + ΔE = (M - M 2 1 - 2m 2 e) c . (2.99) - Phân rã : ΔE = E - Tự phân hạch: E = [M 2 A - (MB + Mx)]c . (2.19)
E = [MA - (MB + Mx)]c2 . (2.19) 1eV = 1,60219.10-19J,
Hụt khối 1u sinh ra 931,5 MeV. 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:
Δm = (1,00724.3 + 1,00862.4) – 7,0160 = 0,0402 u. - 3 10 23 ΔE = Δm.c = 0,0402.3.10 2
8) .2 6,022.10 = 6,00797.10-12 (J) - 12 DE 6,00797.10 - 13 E = = =8,58281.10 r A 7 (J/nucleon) Cách 2: Tính được Δm = 0,0402 u.
ΔE = 0,0402.931 = 37,4262 (MeV) DE 37, 4262 E = = =5,3466 r A 7 (MeV/nucleon)
* HS cần lưu ý về đơn vị: - 3 1g 10 kg = J = kg.m2/s ; 2 u = N N (N = 6,022.1023) 1eV = 1,602.10-19J; 1u = 931MeV.
Bài 2: Tính năng lượng hạt nhân (theo KJ.mol-1) kèm theo quá trình biến đổi sau: 235 1 94 140 0 1 U + n ¾¾
® Zr + Ce+ 6 e + 2 n 92 0 40 58 - 1 0 235 94 140 Biết U Zr Ce 92 = 235,0439u. 40 = 93,9061u. 58 = 139,9053u. m -4 p = 1,00728u. mn = 1,00866u.
me = 5,4858.10 u. Hướng dẫn Dm = (m + m ) - (m + m +6m +2m ) 235 1 94 140 0 1 92 U 0 n 40 Zr 58 Ce - 1e 0 n = 0,22384u.
ΔE = 0,22384.10-3.10-3.(3.108) = 2,01456.10 2 10 (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 t1/2 = 5,27 năm theo phương trình: 60 60 0 0 Co ¾¾ ® Ni + e + 27 28 - 1 0 γ
Sau 30 năm một mẫu coban-60 nặng 3,42μg còn lại bao nhiêu?
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ 3 Hướng dẫn ln 2 ln 2 k = = = 0,13152 t 5, 27 Ta biết 1/2 (năm-1)
Sau 30 năm khối lượng Co-60 còn lại là: m = mo.e-kt
= 3,42.e-(0,13152.30) = 0,06614 (μg)
Bài 4: Một mẫu đá chứa 17,4μg U và 1,45μg Pb 238
. Tính tuổi (niên đại) của mẫu đá đó, biết U 206 có t 238 1/2 = 4,51.10 năm. 9 Hướng dẫn ln 2 ln 2 - 9 k = = = 0,15369.10 9 t 4,51.10 Ta biết 1/2 (năm-1) 238 206 4 0 U ¾¾ ®
Pb+8 He+ 6 e 92 82 2 - 1 Ta thấy
nU(phân huỷ) = nPb(tạo thành) m(Uran) mPb Û = A A (Ur a ) n Pb A(Uran) 238 m = = Pb . 1,45. 1,6752 Þ m APb 206 U(phân huỷ) = (μg) 1 N 1 m k = ln o k = ln o Ta biết t N hay t m 1 m 1 (17,4 +1,6752) o 8 t = ln = .ln 6  ,58.10 - 9 Vậy k m 0,15369.10 17,4 (năm)
Bài 5: Một mẫu than lấy từ hang động của người Polinexian cổ đại ở Haoai có tốc độ phân huỷ C là 14
13,6 (tính cho 1g cacbon trong 1 giây). Tính tuổi của mẫu than đó. Biết C có t 14 1/2 = 5730 năm. Hướng dẫn
Cơ sở của phương pháp định tuổi này là:
Trong tự nhiên C được hình thành từ phản ứng hạt nhân: 14 14 1 14 1 N + n ¾¾ ® C + H 7 0 6 1 (1) Khi phân rã, C tạo ra: 14 14 14 0 C ¾¾ ® N + b 6 7 - 1 (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 14CO hằng định. Do đó cũng có một lượng nhỏ nhưng cũng hằng định 14 2 C trong cơ thể thực
vật, động vật sống. Khi thực vật, động vật chết lượng C bị giảm (mà không đượ 14 c 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 C. Khi cơ thể này chết đi tốc độ phân huỷ đó giảm dần với chu kì 14 bán huỷ là 5730 năm. æ = ü ö 1 R R k.N ï R N ç o oï ÷ t = ln o o o ç ý Þ = ÷ ÷ R
ççè = k.N ïï R N ÷ Ta biết: k R þ ø R 14
o là số phân huỷ C khi cơ thể động thực vật còn sống. Đó là hằng số, R = 15,3 (tính cho 1g C trong 1 o giây)
R là số phân huỷ 14C khi cơ thể động thực vật đã chết, có tại lúc được phát hiện, ở đây R = 13,6. 2 ln 2 k = ln = t 5730 1/2 = 1,209.10-4 (năm-1)
Tuổi của mẫu than đó là:
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ 4 1 15,3 t = ln 9  74 - 4 1,209.10 13,6 (năm) 226 Bài 6: Ra 88
có chu kì bán huỷ là 1590 năm. Hãy tính khối lượng của một mẫu Radi có cường độ phóng
xạ bằng một Curi (1 Ci = 3,7.10 Bq). 10 Hướng dẫn
Gọi N là số nguyên tử Ra trong mẫu Ra đã có 3,7.10 phân rã trong một giây 10 . dN dN v =- = k.N R =- = k.N Ta có dt hay dt 10 3,7.10 10 3,7.10 Þ N = Û N = Vậy 3,7.1010 = k.N k (ln 2) / 1590 Một cách gần đúng M  Ra 226 (g/mol)
Khối lượng của mẫu Ra là: 10 226.N 226.3,7.10 .1590.365.24.3600 m = = 1  (g ) 23 23 6,022.10 6,022.10 .ln 2
Bài 7: Một mẫu Radon (Rn) ở thời điểm t = 0, phóng ra 7,0.10 hạt α trong 1 giây 4
, sau 6,6 ngày mẫu đó
phóng ra 2,1.10 hạt α trong 1 giây 4
. Hãy tính chu kì bán huỷ (t1/2). Hướng dẫn 1 N k = ln o Ta biết: t N 4 N R 7,0.10 10 o o = = = 4 mà N R 2,1.10 3 1 10 k = ln = 0,1824 6,6 3 (ngày-1) ln 2 ln 2 t = = = 3,7997 1/2 k 0,1824 (ngày)
Bài 8: Uran thiên nhiên chứa 99,28% U238 (t 9 235 8
1/2 = 4,5.10 năm) và 0,72% U
(t1/2 = 7,1.10 năm). Tính tốc
độ phân rã mỗi đồng vị trên trong 10g U3O mới điều chế. 8 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 = t và 1/2
(cần phải đổi t1/2 ra đơn vị giây) 238.99,28+ 235.0,72 M = = 237,9784 238 U 100 (g/mol) 10 - 2 n = .3 =3,57.10 U 238.3 16.8 + (mol) N 238 U
= 3,57.10-2.99,28%.6,022.10 = 2,13.10 23 22 (hạt) N 235 U
= 3,57.10-2.0,72%.6,022.10 = 1,55.10 23 (hạt) 20
Tốc độ phân rã của U là: 238
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ 5 ln 2 22 5 .2,13.10 =1,04.10 9 v 4,5.10 .365.24.3600 238 = k238.N238 = (hạt nhân/giây)
Tốc độ phân rã của U là: 235 ln 2 20 4 .1,55.10 = 4,76.10 8 v 7,1.10 .365.24.3600 235 = k235.N235 = (hạt nhân/giây)
Bài 9: Khi nghiên cứu một cổ vào C14 (t 11
1/2 = 5730 năm) người ta thấy trong mẫu đó có cả C . Số nguyên
tử C bằng số nguyên tử C 14 11 11 14 8 11
, tỉ lệ độ phóng xạ C so với C bằng 1,51.10 lần. Tính tỉ lệ độ phóng xạ C
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 v = k .N 11 11 11 o (C ) o (C ) (1) v = k .N 14 14 14 o (C ) o (C ) (2) N v 11 11 o (C ) o (C ) 8 ln 2 - 12 =1; 1 = ,51.10 ; k = =3,836.10 14 N v 5730.365.24.3600 mà 14 14 o (C ) o (C ) (s-1) từ (1) và (2) Þ k -4 -1 11 = 5,7926.10 (s ) Tại thời điểm t = 12h v = k .N 11 11 11 ( C ) ( C ) (3) v = k .N 14 14 ( C ) 14 ( C ) (4) - 1 k 1 N = N . t e ü ï 11 11 ï N N 11 11 (C ) 0(C ) (C ) 0(C ) ï
t (k14- k11 ) ýÞ = .e - 1 k 4 N N . t e ï = N N 14 14 14 14 ï mà (C ) 0(C ) (C ) 0(C ) ïþ N 11 (C ) t ( 1 k 4 - 1 k 1 ) = e N Vậy 14 (C ) v N 11 11 (C ) k (C ) 11 = . v k N từ (3) và (4) Þ 14 14 14 (C ) (C ) v 11 k ( C ) 11 ( t 1 k 4- 1 k 1) Û = .e v k 14 14 ( C ) - 4 v 11 C 5,7926.10 - 12 - 4 ( ) 12.3600(3,836.10 - 5,7926.10 ) - 3 Û = .e = 2,04.10 - 12 v 3,836.10 14 ( C ) (lần)
--------------------------------------------------------------
Bài tập về phản ứng hạt nhân làm thêm 235 207
Bài 1: Họ phóng xạ actini bắt đầu từ urani–235( U Pb 92
) và kết thúc bằng chì–207( 82 )
a. Năm giai đoạn đầu xảy ra lần lượt kiểu phóng , , ,  , .
Hãy xác định các đồng vị phóng xạ được sinh ra ở mỗi giai đoạn bắt đầu từ urani–235.
b. Sản phẩm của các giai đoạn tiếp theo lần lượt là: 219 215 211 211 207 207 Rn  Po  Pb  Bi   Tl   Pb 86 84 82 83 81 82
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ 6 238 238 206
Bài 2: a. Trong dãy phóng xạ liên tiếp U U Pb 92
, qua 1 dãy phóng xạ liên tiếp 92 biến thành đồng vị bền 82 238
. Hỏi trong quá trình phóng xạ đó có bao nhiêu hạt và bao nhiêu hạt U 
 được phóng ra từ 1 hạt nhân 92 ? 232 208
b. Hỏi có bao nhiêu hạt Th Pb
, hạt  được phóng ra trong dãy biến đổi phóng xạ chuyển 90 thành 82 ?
Bài 3: Viết các phương trình biến đổi hạt nhân: 61 1 1 27 1 4
a. Ni  H  ? n
c. Al  H  ? He 28 1 0 13 1 2 10 1 4 1 83 82 1 .
b B  n  ? He d.? H  Br  Br  n 5 0 2 1 35 35 0
Bài 4: Hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân sau đây (có định luật bão toàn nào được dùng khi
hoàn thành các phản ứng trên?) 238 230 a. U    Th  .... 92 90 235 206 . b U    Th .  ... 92 82
Bài 5: a. Một trong các hạt nhân dưới đây được hình thành từ dãy phóng xạ xuất phát từ U. 238 Hỏi hạt
nhân đó là hạt nhân nguyên tố nào? 235 234 228 224 U, U, Ac, Ra, Rn, 224 Rn, 220 Po, 215 212Pb,221Pb.
b. Xét phản ứng phân hạch đơn giản sau: 235 137 U  n  Te X  2n 92 52
Hãy xác định hạt nhân X.
Bài 6: Hoàn thành các phản ứng hạt nhân sau đây: 27 1 4
a. Al + H    ? + He 13 1 2 1 83 1 . b ? H    Br  ? + n 1 35 0 239  . c Pu     ? 94 235 1 143 1
d. U + n    Ba + ? + 3 n 92 0 56 0 16 ( O)
Bài 7: 1. Hãy xác định tỷ số khối lượng electron trong nguyên tử oxy 8
so với khối lượng của toàn nguyên tử đó. Cho: m -31 e = 9,109.10 kg; m -27 p = 1,672.10 kg; m -27 n = 1,675.10 kg.
2. Xuất phát từ phản ứng phân hạch sau đây: 235 1 146 1
U + n  La + X + 3( ) n 0 0
Hãy xác định Z và A của hạt nhân X biết số điện tích hạt nhân Z của U và La lần lượt bằng 92 và 57.
c. Bài tập về năng lượng liên kết hạt nhân và năng lượng phản ứng hạt nhân:
Bài 1: a. Tính khối lượng nguyên tử trung bình của oxi biết rằng trong tự nhiên, oxi tồn tại ở ba đồng vị: 16 17 18
O (99,762%); O(0,038%); O(0,200%).
b. Trong thực tế, khối lượng hạt nhân hơi nhỏ hơn tổng khối lượng của proton và nơtron tạo nên
hạt nhân. Vì vậy khi xác định bằng thực nghiệm khối lượng các đồng vị của oxi như sau: O 16 (15,99491 đvC); O(16,99914 đvC); 17 O(17,99916 đvC). 18
– Tính khối lượng nguyên tử trung bình của oxi dựa vào các dữ liệu trên.
– Vì sao khối lượng hạt nhân lại nhỏ hơn tổng số khối lượng của proton và nơtron tạo nên hạt nhân đó?
- Khối lượng hạt nhân nhỏ hơn tổng số khối lượng của proton và nơtron tạo nên hạt nhân do khi các
proton và nơtron kết hợp với nhau để tạo thành hạt nhân nguyên tử sẽ tỏa ra một năng lượng (E) khổng lồ
và có sự hao hụt khối lượng (m) tương ứng tuân theo phương trình Einstein E=mc2.
Bài 2: a. Hãy tính năng lượng tỏa ra (năng lượng nhiệt hạch) trong phản ứng hạt nhân sau: 3 2 4 1 H  H  He n 1 1 2 0 3 2 4 1
Biết khối lượng của H, H, He, n 1 1 2 0
theo thứ tự là 3,01604u; 2,01410u; 4,00260u; 1,00862u.
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ 7 235
b. Hãy tính năng lượng được giải phóng đối với 1 mol nguyên tử U 92
trong phản ứng phân hạch: 235 1 146 87 1 U  n La Br 3( n) 92 0 57 35 0 235 1 146 87 U, n, La, Br
Biết khối lượng tương ứng của 92 0 57 35
theo thứ tự là 235,044u; 1,00862u; 145,943u; 86,912u. 235U 132 ( Sb) 101 ( Nb)
Bài 3: Khi bắn phá đồng vị 92
bằng một nơtron ta thu được các nguyên tố 51 và 41 . Hãy
xác định năng lượng được giải phóng ra theo eV của một nguyên tử urani 235? Cho: m( U) 235 = 235,04u;
m(132Sb) = 131,885u; m(101Nb) = 100,911u; m = 1,0087u; c = 3.108 n m/s. 211,6.106 eV 3 1 1 3 He + n  H + H
Bài 4: Cho biết năng lượng được giải phóng ra từ một phản ứng hạt nhân: 2 0 1 1 3He
là 0,76 MeV. Hãy xác định nguyên tử khối thực theo đơn vị u của 2 ? 1 n Cho
m(0 ) = 1,00867u ; 1eV = 1,6.10-19J 1H m(1
) = 1,00783u ; 1u = 1,66.10-27kg 3H m(1 ) = 3,01605u ; c = 3.108m/s
Bài 5: Cho các quá trình dưới đây: 6 6 He Li    13 13 N C    7 7 Be Li    2 3 7 6 4 3 (1) (2) (3) ; ;
a. Quá trình nào có thể tự diễn biến? Vì sao?
b. So sánh tốc độ cực đại của hạt sơ cấp ( β-, β+) ở các quá trình có thể tự diễn biến được.
Cho: He = 6,01889 u; Li = 6,01512 u; N = 13,00574 u; C = 13,00335 u ;
Be = 7,01693 u; Li = 7,01600 u; m = 0,00055 u; 1eV = 1,602.10-19J.
d. Bài tập về chu kì bán hủy và xác định tuổi cổ vật:
Bài 1: a. Một chất phóng xạ có chu kì bán hủy t1/2 =
30 năm. Hỏi trong bao lâu 99,9% số nguyên tử chất
đó bị phân hủy phóng xạ?
b. Một chất phóng xạ có chu kì bán hủy t1/2 = 500 năm. Hỏi sau bao nhiêu năm thì 75% khối lượng
ban đầu của nguyên tố đó bị phân hủy phóng xạ?
Bài 2: a. 226Ra có chu kì bán hủy là 1590 năm. Hãy tính khối lượng của một mẫu Ra có cường độ phóng
xạ là 1 Curi (1Ci=3,7.1010Bq)? 40 K 137 Ba
b. Cũng câu hỏi trên đối với 19 có chu kì bán hủy là 1,49.10 9năm, đối với 56 có chu kì bán hủy là 2,6 phút. . 16 18 O  F
Bài 3: a. Hoàn thành phản ứng hạt nhân: ? + 8 9 18F
b. Đồng vị 9 vừa thu được lại tiếp tục phân hủy và mất 90% về khối lượng trong vòng 366
phút. Hãy xác định chu kỳ bán phân hủy của nguyên tố này?
lượng ban đầu của F; m khối lượng còn lại sau khi bị phân hủy 18 .
Bài 4: Trong một phản ứng hạt nhân, khối lượng đồng vị thiếc ( Sn) 81
bị giảm đi. Hãy xác định khối
lượng của đồng vị còn lại là bao nhiêu sau 25,5 giờ? Biết chu kỳ bán phân hủy là 8,5 giờ, khối lượng ban đầu của Sn là 200 mg. .
Bài 5: Triti là đồng vị phóng xạ của hiđro, có chu kì bán hủy là 12,3 năm. 3 0 3 H  e  He 1  1 2
Ban đầu có 1,5 mg đồng vị đó thì sau 49,2 năm còn lại bao nhiêu mg?
Cách khác: Số chu kì bán hủy: 49,2/12,3 = 4
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ 8
Khối lượng triti còn lại = 1,5.(1/2)4 = 0,9375 mg
Bài 6: Iot–131 phóng xạ được dùng dưới dạng natri iođua để điều trị ung thư tuyến giáp trạng. Chất này
phóng xạ - với chu kì bán hủy là 8,05 ngày.
a. Viết phương trình hóa học của phản ứng phân rã hạt nhân Iot–131.
b. Nếu mẫu ban đầu chứa 1,0 microgam iot–131 thì trong mỗi phút bao nhiêu hạt  được phát ra? 238 206
Bài 7: Giả sử đồng vị phóng xạ U Pb 92 phóng ra các hạt ,
  với chu kì bán hủy là 5.109 năm tạo thành 82 . 238
a. Có bao nhiêu hạt U
,  tạo thành từ 1 hạt 92 ? 238 206
b. Một mẫu đá chứa 47,6 mg U Pb 92 và 30,9 mg 82
. Tính tuổi của mẫu đá đó?
Bài 8: Phòng thí nghiệm có mẫu phóng xạ Au
198 với cường độ 4,0 mCi/1g Au. Sau 48 giờ người ta cần
một dung dịch có độ phóng xạ 0,5 mCi/1g Au. Hãy tính số gam dung môi không phóng xạ pha với 1g Au để
có dung dịch nói trên. Biết rằng Au198 có t1/2 = 2,7 ngày đêm.
2. Bài tập tự giải:
Bài 1: Nguyên tử Mg thường có ba đồng vị khác nhau ứng với các thành phần: đồng vị 24Mg 25Mg 26Mg % 78,6 10,1 11,3
a. Tính nguyên tử khối trung bình của Mg?
b Nếu giả sử trong hỗn hợp đồng vị nói trên có 50 nguyên tử Mg 25
thì số nguyên tử tương ứng đối với hai
đồng vị còn lại là bao nhiêu?
Đáp số: a. M (Mg) = 24,33 b. Mg có 389 nguyên tử; 24
26Mg có 56 nguyên tử.
Bài 2: Biết tổng số hạt của nguyên tử X là 126, trong đó số nơtron nhiều hơn số electron là 12 hạt.
a. Tính số proton và số khối A của X.
b. Người ta lại biết số nguyên tố R có ba đồng vị X, Y, Z. Số khối của X bằng trung bình cộng số
khối của Y và Z. Hiệu số nơtron của Y và Z gấp hai lần số proton của hyđro. Hãy xác định số khối của Y và Z.
Đáp số: a. p = 38; AX = 88; b. AY = 89; AZ = 87
Bài 3: Bốn dạng đồng vị của nguyên tố X có đặc điểm sau:
– Tổng số khối của bốn đồng vị là 825.
– Tổng số nơtron của đồng vị thứ ba và thứ tư lớn hơn số nơtron của đồng vị thứ nhất là 121 hạt.
– Hiệu số số khối đồng vị thứ hai và thứ tư nhỏ hơn hiệu số số khối đồng vị thứ nhất và thứ ba là 5 đơn vị.
– Tổng số các hạt của đồng vị thứ nhất và thứ tư lớn hơn tổng số số hạt không mang điện của đồng vị thứ hai và thứ ba là 333.
– Số khối của đồng vị thứ tư bằng 33,5% tổng số số khối của 3 đồng vị kia.
Từ các dữ kiện trên hãy xác định số khối của 4 đồng vị và điện tích hạt nhân của nguyên tố X.
Đáp số: p = ZX = 82; A = 208; 1
A2 = 206; A3 = 204; A = 207 4
Bài 4: 1. Xuất phát từ biểu thức A = Z + N, hãy giải thích tại sao số khối A thỏa mãn công thức nêu trên?
2. Cho các nguyên tử và ion sau: 32S 32 2 S  a. 16 ; 16 66 Zn 66 2 Zn  b. 30 ; 30
Hãy tính số electron và proton cho từng trường hợp. 32S 32 2 S  Đáp số: 2. a. 16 có 16p và 16e; 16 có 16p và 18e. 66Zn 66 2 Zn  b. 30 có 30p và 30e; 30 có 30p và 32e. Bài 5:
a. Đồng trong tự nhiên gồm 2 đồng vị Cu và 63 Cu với tỉ lệ s 65
ố nguyên tử 63Cu:65Cu = 146:54. Tính nguyên tử khối trung bình của Cu.
b. Cứ 903,45.10 nguyên tử Cu có khối lượng là m (gam). 20 Tính giá trị m.
c. Có bao nhiêu nguyên tử 63Cu trong 1,5908 gam CuO. Cho nguyên tử khối trung bình của oxi là 16. Bài 6:
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ 9
Một nguyên tố R có 3 đồng vị là X, Y, Z. Biết tổng số các loại hạt của 3 đồng vị bằng 129. Số nơtron của
đồng vị X hơn đồng vị Y một hạt. Đồng vị Z có số n = p.
a. Xác định số đơn vị điện tích hạt nhân và số khối của 3 đồng vị X, Y, Z. b. Biết 752,875.10
20 nguyên tử R có khối lượng m gam. Tỉ lệ số nguyên tử các đồng vị tương ứng như sau: Z:Y = 2769:141; Y:X = 611:390.
Hãy xác định nguyên tử khối trung bình của R và tính giá trị m. Bài 7:
1. Nguyên tử khối trung bình của Bo là 10,81. Bo gồm 2 đồng vị 10B và B. Hỏi có bao 11 nhiêu nguyên tử của
đồng vị 11B có trong 12,362 gam axit boric H3BO ? Biết nguyên tử khối trung bình của H là 1, của O là 16. 3
2. Nguyên tử khối trung bình của Bo là 10,81. Bo gồm 2 đồng vị 10B và 11B. Hỏi có bao nhiêu phần trăm
khối lượng của đồng vị B 11
có trong axit boric H3BO3? Biết nguyên tử khối trung bình của H là 1, của O là 16.
Bài 8: Hãy bổ sung các phương trình phản ứng sau: 223 a. Ra    ? 88 239 . b U     ?     ? 92
Bài 9: Viết phương trình phản ứng hạt nhân biểu diễn sự phóng xạ của các đồng vị:  226 4 237 4 234 4
a) Ra  He ... b) Np  He... c) U   He ... 88 2 93 2 92 2 Bài 10:
1. Viết phương trình phản ứng hạt nhân biểu diễn sự phóng xạ của các đồng vị: 32 0 3 0 60 0
a) S  e... b) H   e... c) Fe  e... 16  1 1  1 26  1
2. Cân bằng các phản ứng hạt nhân sau đây. Chỉ rõ số khối và số hiệu nguyên tử của các nguyên tố “?”: 13 13 . a N    C  ? 41 0 . b Ca    e ? 7 6 20 1 90 90 . c Sr    Y  ? 11 11 d. C    B  ? 38 39 6 5
Bài 11: Urani phân rã phóng xạ thành Radi theo chuỗi sau: 238 U        92
  Th   Pa   U   Th   Ra
Viết đầy đủ các phương trình phản ứng trên. 206
Chuỗi trên tiếp tục phân rã thành đồng vị bền Pb 82 . 238 U 206 Pb
Hỏi có bao nhiêu phân rã  và được phóng ra khi biến  92 thành 82 ?
Đáp số: Số phân rã  là 8 và số phân rã   là 6  Bài 12: 7Li 7Li
a. Hạt nhân 3 có khối lượng m = 7,0160 u. Hãy tính năng lượng liên kết của hạt nhân 3 ? 12 12 b. Hạt nhân C C 6
có khối lượng m = 12,000 u. Hãy tính năng lượng liên kết của hạt nhân 6 ? Biết: m = 1,00724 u; m p = 1,00862 u. n
Đáp số: a. 5,35MeV/nucleon; b. 7,38MeV/nucleon
Bài 13: Coban–60 được dùng để điều trị 1 số bệnh ung thư do nó có khả năng phát tia  để hủy diệt các
tế bào ung thư. Coban–60 khi phân rã phát ra hạt  và tia  có chu kì bán hủy là 5,27 năm. Nếu ban đầu có
3,42 mg Coban–60 thì sau 30 năm còn lại bao nhiêu? 60 60 0 0 Co  Ni  e 27 28    1 0 Đáp số: 0,067 mg 90 Sr
Bài 14: Stronti–90(38
) là một đồng vị phóng xạ có chu kì bán hủy t1/2 là 28 năm được sinh ra khi nổ
bom nguyên tử. Đó là đồng vị khá bền và nó có khuynh hướng tích tụ vào tủy xương nên đặc biệt nguy hiểm cho người và gia súc.
a. Đây là một đồng vị phóng xạ , viết và cân bằng phương trình hóa học của phản ứng phân hủy phóng xạ,
chỉ rõ sản phẩm phản ứng. 90 b. Một mẫu Sr 38
phóng xạ 2000 hạt  trong 1 phút. Hỏi cần phải bao nhiêu năm sự phóng xạ giảm xuống 125 hạt  trong 1 phút?
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ 10 Đáp số: 112 năm
Bài 15: Một chất phóng xạ sau 20 năm phân hủy được 25%. Xác định:
a. Thời gian bán hủy. b. Thời gian cần thiết để phân hủy được 90%.
Đáp số: a. 48 năm, b. 160 năm
Bài 16: Một chất phóng xạ có chu kì bán hủy là 30 năm. Hãy xác định thời gian để cho chất phóng xạ đó phân hủy được 99,9%? Đáp số: 300 năm
Bài 17: Cacbon 14 phân rã phóng xạ theo phản ứng sau: 14 14 0 C  N e 6 7 1
Biết thời gian bán rã là 5730 năm. Hãy tính tuổi của mẫu gỗ khảo cổ có độ phóng xạ bằng 72% độ phóng xạ của mẫu gỗ hiện tại? Đáp số: 2716 năm
Bài 18: C14 là đồng vị kém bền, phóng xạ  , có chu kỳ bán hủy 5700 năm.
a. Hãy viết phương trình phóng xạ của C . 14
b. Tính tuổi cổ vật có tỉ lệ C14/C là 0,125. 12
c. Tính độ phóng xạ của một người nặng 80,0kg: Biết rằng trong cơ thể người đó có 18% khối lượng là
cacbon, độ phóng xạ của cơ thể sống là 0,277Bq tính theo 1,0 gam cacbon tổng số.
Đáp số: b. t 17098,7 năm, c. 3988,8Bq 
Bài 19: U238 tự phân rã liên tục thành một đồng vị bền của chì. Tổng cộng có 8 hạt được phóng ra trong 
quá trình đó. Hãy giải thích và viết phương trình phản ứng chung của quá trình này. Đáp số: 238 92U 
 92Pb206 + 8 He +6  35S
Bài 20: Biết chu kỳ bán phân hủy của 16 là 88 ngày. Hãy xác định khối lượng của lưu huỳnh chưa bị
phân hủy sau khoảng thời gian là 176 ngày, biết rằng khối lượng ban đầu của S là 1g. Đáp số: m = 0,25g
Bài 21: a. Hỏi sau thời gian bao nhiêu thì 80% khối lượng ban đầu của một nguyên tố phóng xạ X bị
phân hủy, biết rằng chu kỳ bán phân hủy của X là 750 năm.
b. Người ta biết chu kỳ bán phân hủy của rađi (Ra) là 1620 năm. Hỏi sau bao nhiêu năm thì 3g Ra giảm xuống còn 0,375g.
Đáp số: a. t = 1742 năm; b. 4861 năm 20 F
Bài 22: Cho nguyên tố 9
a. Xác định thành phần hạt nhân của nguyên tố trên.
b. Tính sự hụt khối lượng hạt nhân rồi suy ra năng lượng liên kết hạt nhân và năng lượng đối với F.
Cho: mp = 1,007582u ; mn = 1,00897u ; m(F) = 20,0063u
Đáp số: a. p = e = 9; n = 11;
b. m = 0,160608u ; E = 149,55 MeV; Er = 7,47 MeV
Bài 23: 1. Hoàn thành các phản ứng hạt nhân sau đây: 26 23 4
a. Mg + ...?  Ne + He 12 10 2 19 1 4 .
b F + H  ...? + He 9 1 2 242 22 1 .
c Pu + Ne  4 n + ...? 94 10 0 2 4 1
d. H + ?  2 He + n 1 2 0
2. Một vụ nổ hạt nhân của U 235
đã giải phóng ra một năng lượng là 1646.10 J. 14 Hãy xác định
khối lượng của urani còn lại sau vụ nổ so với khối lượng lúc đầu với 2 kg là bao nhiêu? Cho c = 3.10 m/s. 8
Đáp số: m (còn lại) = 1,9981 kg
Bài 24: Cho phản ứng tổng hợp nhiệt hạch sau: 3H 2H 4 He 1 1 + 1  2 + n 0 3H 2H 4He Với m(1
) = 3,016u ; m( 1 ) = 2,104u; m(2 ) = 4,0026u ; m = 1,0087u. n
Hãy xác định năng lượng nhiệt hạch được giải phóng ra theo MeV và J. Cho 1u = 931,2 MeV.
BDHSGQG- HÓA HỌC PHÓNG XẠ