Cong ty Cong Nghe Tin hoc Nha truong http://www.schoolnet.vn
100 Khám Phá Khoa Học Vĩ Đại Nhất Trong Lịch Sử: Khám phá số 62.
28/01/2011

Chất đồng vị

- Thời gian phát hiện: năm 1913.
- Nội dung phát hiện: chất đồng vị là những hình thức khác nhau của cùng một nguyên tố hóa học. Chúng có đặc trưng vật lý và hóa học hoàn toàn giống nhau nhưng trọng lượng nguyên tử lại khác nhau.
- Người phát hiện: Frederick Soddy.


Tại sao phát hiện ra chất đồng vị lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?


Chất đồng vị của một nguyên tố là một dạng hơi khác của nguyên tố đó. Chất đồng vị có đặc trưng vật lý, hóa học và điện giống như nguyên tố gốc nhưng số lượng Nơtron trong nhân nguyên tử thì khác nhau. Phát hiện ra chất đồng vị đã đem lại cho ngành vật lý học và hóa học một khái niệm mới, mở ra một không gian mới cho nghiên cứu khoa học.


Phát hiện vĩ đại này đã giúp các nhà vật lý tháo gỡ những khó khăn trong nghiên cứu nguyên tố phóng xạ, đồng thời nó cũng đặt nền móng quan trọng cho sự phát triển của lĩnh vực năng lượng nguyên tử và khai thác vũ khí nguyên tử. Chất đồng vị có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của ngành địa chất học, bởi phương pháp tính niên đại bằng cacbon và các kỹ thuật tính toán niên đại của đá đều dựa vào tỷ lệ của một vài loại chất đồng vị nào đó.


Chất đồng vị ra đời đã quét sạch mọi chướng ngại trên con đường phát triển khoa học, đồng thời nó đã mở ra những lĩnh vực mới trong ngành vật lý và hóa học, đem đến cho khoa học địa chất một công cụ nghiên cứu vô cùng quan trọng.


Chất đồng vị đã được phát hiện ra như thế nào?


Frederick Soddy sinh năm 1877 tại Sussex, nước Anh. Năm 1910, Soddy được nhận vào làm ở trường Đại học ở Glasgow với vai trò là một giảng viên về môn phóng xạ và hóa học.


Vào thời điểm ấy, nghiên cứu về nguyên tố phóng xạ đang là chủ đề mới thu hút được sự quan tâm chú ý của mọi người. Việc phân biệt những nguyên tố phải dựa trên sự khác nhau của chúng về khối lượng, diện tích nguyên tử và khác biệt về đặc tính phóng xạ, sự khác biệt này bao gồm các loại hạt và năng lượng trong phóng xạ của nguyên tố.


Các nhà khoa học đã dùng hệ thống này và đã xác định được 40 đến 50 loại nguyên tố phóng xạ. Nhưng trong bảng hệ thống tuần hoàn chỉ có 10 đến 12 chỗ trống cho tất cả các nguyên tố phóng xạ. Nguyên nhân có thể là do bảng hệ thống tuần hoàn của Mendeleyev có điểm không chính xác hoặc có thể do một nguyên nhân nào đó chưa xác định làm mất sự logic của các nguyên tố phóng xạ trong bảng. Cả hai giả thiết này đều không thể lấy thực tiễn để chứng minh, do đó nghiên cứu về chất phóng xạ đã đi vào ngõ cụt.


Soddy quyết định nghiên cứu ba loại hạt hạ nguyên tử đã biết được sinh ra từ các loại nguyên tố phóng xạ khác nhau, ba loại đó là: alpha, beta và gamma. Soddy đã nhận thấy hạt alpha có một điện tích dương mang hai proton và khối lượng của chúng tương đương với bốn proton. Tia gamma không hề có điện tích hay khối lượng, chúng chỉ có năng lượng, cho nên chúng không ảnh hưởng đến tính chất của nguyên tử. Các hạt beta không có khối lượng xác định, chúng mang một điện tích âm. Và sự thật là các hạt beta này chỉ đơn giản là các electron mà thôi.


Khi nguyên tử phát xạ ra các hạt beta, thì chúng sẽ mất đi một điện tích âm. Soddy lại phát hiện thấy chúng mất đi một điện tích âm cũng tương đương với việc thu về một điện tích dương. Do đó, khi nguyên tử tán xạ ra một hạt alpha thì cũng có nghĩa nhân nguyên tử mất đi hai điện tích dương, các hạt beta mà nguyên tử sản sinh ra thì lại nhận được một điện tích dương.


Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học được sắp xếp theo số proton trong hạt nhân của một nguyên tử - từ nguyên tố nhẹ nhất (hidro) đến nguyên tố nặng nhất (uranit). Soddy nhận thấy các hạt alpha di chuyển về ô phía tay trái, còn các hạt beta thì di chuyển theo ô phía tay phải của bảng tuần hoàn.


Do đó, ông đã rút ra kết luận: rất nhiều nguyên tử của các nguyên tố đều có thể chiếm vài vị trí khác nhau trong bảng tuần hoàn. Soddy dùng kỹ thuật nghiên cứu quang phổ hiện đại nhất lúc bấy giờ (do Gustav Kirchhoff phát minh vào năm 1859) để chứng minh: nguyên tử uranit và nguyên tử thori mặc dù khối lượng khác nhau và được xếp vào các vị trí khác nhau trong bảng tuần hoàn, nhưng chúng vẫn thuộc một loại nguyên tố.


Điều này có nghĩa là một vị trí trong bảng tuần hoàn không chỉ tồn tại một nguyên tố và nguyên tử của mỗi loại nguyên tố không chỉ chiếm một vị trí trong đó, nhưng chúng vẫn thuộc cùng một nguyên tố. Soddy đặt tên cho nguyên tố này là chất đồng vị (isotopes), từ này theo tiếng Hy Lạp nó có nghĩa là “cùng vị trí”. Cũng cùng năm ấy (năm 1913), Theodore Richards - một nhà hóa học người Mỹ đã tính được trọng lượng nguyên tử của chất đồng vị chì sinh ra bởi sự phân hủy chất phóng xạ urani và thori. Từ đó ông đã chứng minh được học thuyết của Soddy là đúng.


Tuy nhiên sự giải thích của Soddy về phát hiện của mình thì chưa hoàn toàn chính xác. Sau này, khi Chadwick phát hiện ra nơtron (năm 1932) đã sửa được những sai sót của Soddy và hoàn thiện được khái niệm về chất đồng vị còn dang dở của ông. Soddy đã cố gắng chỉ dùng proton và electron để giải thích cho hiện tượng đồng vị. Chadwick lại phát hiện ra số lượng nơtron trung tính tồn tại trong nhân nguyên tử bằng với số lượng của proton mang điện tích dương. Nơtron nhận được và mất đi đều không thay đổi điện tích và đặc tính của nguyên tố (bởi vì tính chất các nguyên tố do số lượng của proton trong nhân nguyên tử quyết định), tuy nhiên vẫn có thể thay đổi khối lượng của nguyên tử và sản sinh ra đồng vị của nguyên tố đó.


Soddy đã tìm ra khái niệm về chất đồng vị, nhưng tất nhiên nếu muốn hiểu rõ một cách hoàn toàn về chất đồng vị thì còn cần phải có sự hiểu biết kỹ lưỡng về các nơtron nữa.
URL của bài viết này::http://www.schoolnet.vn/modules.php?name=News&file=article&sid=5072
© Cong ty Cong Nghe Tin hoc Nha truong contact: sales@schoolnet.vn