Đồng vị

Chương 3 đã khẳng định: nguyên tố hoá học được xác định bởi Z, còn số khối $A = Z + N$ có thể khác nhau giữa các nguyên tử. Bài này khai thác đúng khoảng trống đó — điều gì xảy ra khi hai nguyên tử có cùng Z nhưng khác N?

**Đồng vị** của một nguyên tố hoá học là các nguyên tử có cùng số hiệu nguyên tử Z (cùng số proton) nhưng khác nhau về số neutron N, do đó khác nhau về số khối A. Vì các đồng vị có cùng Z, chúng vẫn là cùng một nguyên tố hoá học — có cùng số electron, cùng cấu hình hoá trị, nên có tính chất hoá học gần như giống hệt nhau. Sự khác biệt chỉ nằm ở khối lượng (do khác số neutron) và một số tính chất vật lí liên quan đến khối lượng, ví dụ tốc độ khuếch tán hoặc tính phóng xạ ở một số đồng vị.

Ví dụ điển hình nhất là nguyên tố hydrogen, có ba đồng vị: $^{1}_{1}\text{H}$ (proti, phổ biến nhất, không có neutron), $^{2}_{1}\text{H}$ (deuteri, kí hiệu D, 1 neutron), và $^{3}_{1}\text{H}$ (triti, kí hiệu T, 2 neutron, có tính phóng xạ). Nguyên tố carbon cũng có ba đồng vị tự nhiên chính: $^{12}_{6}\text{C}$ (phổ biến nhất, 6 neutron), $^{13}_{6}\text{C}$ (7 neutron), và $^{14}_{6}\text{C}$ (8 neutron, phóng xạ, dùng để xác định tuổi các mẫu vật khảo cổ, như đã nhắc ở bài trước). Nguyên tố chlorine có hai đồng vị bền chính: $^{35}_{17}\text{Cl}$ và $^{37}_{17}\text{Cl}$ — hai đồng vị này sẽ là ví dụ trung tâm của bài học tiếp theo, về nguyên tử khối trung bình.

Đồng vị không chỉ là kiến thức lí thuyết — nhiều đồng vị có ứng dụng thực tế quan trọng. Deuteri ($^{2}_{1}\text{H}$) kết hợp với oxygen tạo ra 'nước nặng' ($D_2O$), được dùng làm chất làm chậm neutron trong một số loại lò phản ứng hạt nhân. Cobalt-60, một đồng vị phóng xạ đã nhắc ở bài trước, được dùng trong xạ trị ung thư nhờ khả năng phát ra bức xạ có thể tiêu diệt tế bào bệnh. Chính khả năng lựa chọn đồng vị phù hợp cho từng mục đích khiến khái niệm đồng vị trở thành công cụ hữu ích trong y học, khảo cổ học và công nghiệp năng lượng, chứ không chỉ dừng ở lí thuyết cấu tạo nguyên tử.