PHẢN Ứng hạt nhân a. Mục tiêu Kiến thức

Biết được:

- Độ hụt khối. Năng lượng liên kết của hạt nhân.

- Khái niệm về hiện tượng phóng xạ, họ phóng xạ, độ phóng xạ, định luật chuyển dịch phóng xạ, định luật phân rã phóng xạ, chu kỳ phân rã của đồng vị phóng xạ. Ứng dụng của đồng vị phóng xạ.

- Khái niệm về phản ứng hạt nhân

2. Kĩ năng

- Biết cách tính độ hụt khối và năng lượng liên kết hạt nhân

- Biết viết phương trình phân rã phóng xạ và phản ứng hạt nhân dựa vào các định luật

- Biết cách tính cường độ phóng xạ, thời gian phân rã phóng xạ (tuổi), lượng chất còn lại sau khi phân rã phóng xạ, thời gian bán rã v.v...

1. 
   Định nghĩa phản ứng hạt nhân nguyên tử?
   
2. 
   Phân loại phản ứng hạt nhân?
   
3. 
   Các qui luật của phản ứng hạt nhân từ đó viết phương trình phản ứng hạt nhân?
   
4. 
   Một số biểu thức tính toán về phản ứng hạt nhân?
   

Câu 1 Hạt nhân ⁸⁰Ge có tính chất phóng xạ và phân rã cùng với sự giải phóng ra các tia  và ¹⁴⁸Gd là chất phóng xạ . Hạt nhân sẽ hình thành trong các quá trình này là

A. ⁸¹As và ¹⁴⁴Sm. B. ⁸⁰As và ¹⁴⁴Sm.

C. ⁸²As và ¹⁴²Sm. D. ⁷⁹As và ¹⁴⁴Sm.

Câu 2 Chì có 4 đồng vị bền: 204, 206, 207 và 208. Một trong số đó là sản phẩm cuối cùng của một dãy phân rã bắt đầu từ ²³⁵U. Đó là đồng vị

A. ²⁰⁶Pb. B. ²⁰⁴Pb. C. ²⁰⁸Pb. D. ²⁰⁷Pb.

Câu 3 Năm 1988, tấm khăn liệm Turin nổi tiếng được nghiên cứu bằng phương pháp phóng xạ cacbon. Trong khi cường độ phóng xạ của một gam cacbon lấy từ các cơ quan sống là 735 phân rã trong một giờ thì 1gam cacbon lấy từ tấm khăn liệm cho thấy hoạt tính là 677 phân rã trong một giờ. Thời gian bán hủy của ¹⁴C là 5570 năm. Tuổi của tấm khăn đó là

A. khoảng năm 1327. B. khoảng năm 1237.

C. khoảng năm 132,7. D. khoảng năm 13270.

Câu 4 Cho nguyên tử khối thực theo đơn vị u của cáchạt: = 3,016 u; = 2,0141 u; = 4,0026 u; = 1,0086 u.

Năng lượng giải phóng ra từ một phản ứng nhiệt hạch : +  + là

A. 16,75 MeV. B. 167,5 MeV.

C. 17,63 MeV. D. 176,3 MeV.

Câu 5 Một mẫu Rađon (Rn), ở thời điểm t = 0, phóng ra 7,0. 10⁴ hạt trong một giây, sau 6,6 ngày mẫu đó phóng ra 2,1.10⁴ hạt /s. Chu kì bán huỷ của mẫu Rn nói trên là

A. 3,8 ngày. B. 3 ngày. C. 8 ngày. D. 5,8 ngày.

E. Nội dung lý thuyết cần nghiên cứu (Thông tin phản hồi)

Vấn đề

Nội dung

1. Phản ứng hạt nhân là gì? 2. Có những loại phản ứng hạt nhân nào? 3. Nêu các qui luật của phóng xạ tự nhiên? 4. Ngoài phóng xạ tự nhiên, còn các loại phóng xạ nào? 5. Nêu một số công thức cần dùng trong các bài toán hạt nhân.

A. Định nghĩa: Phản ứng hạt nhân là sự biến đổi hạt nhân nguyên tử để chuyển nguyên tố này thành nguyên tố khác do sự tự phân rã hạt nhân (gọi là sự phóng xạ) hoặc sự tương tác giữa hạt nhân với nhau hoặc hạt nhân với các hạt cơ bản (p, e) VD: B. Các loại phản ứng hạt nhân I. Phóng xạ tự nhiên 1. Khái niệm: Tính phóng xạ tự nhiên là khả năng của các chất chứa các nguyên tố xác định không cần tác động bên ngoài, tự phát ra bức xạ không nhìn thấy với thành phần phức tạp. *Hay khả năng tự phân huỷ (phân rã) thành 1 hạt nhân mới (nhẹ hơn) cùng với tia phóng xạ và năng lượng cao được gọi là sự tự phân huỷ (phân rã) hay phóng xạ tự nhiên. 2. Đặc điểm của tia phóng xạ Tia phóng xạ thực chất là chùm (hay dòng) hạt cơ bản; có 3 loại tia (hạt) xuất hiện trong sự phóng xạ tự nhiên a. Hạt : là hạt nhân nguyên tử 2He4 (Điện tích: 2; Số khối: 4) VD: () b. Hạt : là -1e0 (Điện tích: -1; Số khối: 0) VD: c. Hạt : là photon hay ánh sáng (Điện tích  0; Số khối  0) * Năng lượng: Mỗi loại hạt trên khi được phóng xạ đều mang 1 năng lượng lớn, thứ tự năng lượng: << (khả năng đâm xuyên) *Chú ý: - Nếu sự phóng xạ đó xảy ra trực tiếp (1 bước) thì chỉ xuất hiện 1 trong 2 loại hạt mang điện ( và) - Năng lượng cao luôn luôn kèm theo bất cứ phản ứng phóng xạ tự nhiên nào (tuy nhiên trong phương trình phản ứng hạt nhân thường không ghi kèm trị số năng lượng này) 3. Các qui luật của phản ứng phóng xạ tự nhiên: 2 qui luật a. Bảo toàn vật chất: Vật chất không tự sinh ra cũng không tự biến mất, chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Định luật bảo toàn vật chất thể hiện 2 định luật: * Bảo toàn số khối: Tổng số khối hạt nhân tạo thành + tia phóng xạ = số khối hạt nhân ban đầu (số khối là số Z gần nhất của khối lượng nguyên tử tự nhiên của nguyên tố hoặc số nucleon của nguyên tố = ­z + ­p) * Bảo toàn điện tích: Tổng điện tích hạt nhân tạo thành + tia phóng xạ = điện tích hạt nhân ban đầu. b. Định luật chuyển dời: Người ta qui ước gọi nguyên tố phóng xạ đầu tiên là nguyên tố mẹ, sản phẩm phóng xạ của nguyên tố mẹ là một nguyên tố mới có thể có hay không có tính phóng xạ, nếu có tính phóng xạ thì gọi là nguyên tố con, ... - Nếu phóng xạ ra hạt  vị trí nguyên tố con đứng trước nguyên tố mẹ 2 ô con. Ví dụ: - Nếu phóng xạ ra hạt  vị trí nguyên tố con đứng liền sau nguyên tố mẹ trong bảng tuần hoàn. Ví dụ: *Phản ứng phóng xạ tự nhiên là phản ứng dây chuyền, xảy ra mãnh liệt; may mắn là hiện nay đã kiểm soát được nên có những ứng dụng khoa học công nghệ. II. Phản ứng nhiệt hạt nhân (nhiệt hạch) 1. Khái niệm: Quá trình các hạt nhân thường là hạt nhân nhẹ kết hợp thành hạt nhân nặng hơn đồng thời giải phóng nhiều năng lượng được gọi là phản ứng nhiệt hạch. VD: n = -19,8 MeV 2. Đặc điểm: Phản ứng xảy ra vô cùng mãnh liệt nhưng hiện nay chưa kiểm soát được nên chưa có nhiều ứng dụng. III. Phóng xạ nhân tạo 1. Khái niệm: Quá trình bắn hạt cơ bản (đạn) vào các hạt nhân nguyên tử (bia) tạo thành hạt nhân mới kém bền (hạt nhân trung gian); tự phân huỷ thành hạt nhân bền hơn cùng với hạt cơ bản và giải phóng 1 năng lượng tương đối lớn được gọi là sự phóng xạ nhân tạo. 2. Sơ đồ: Đạn + biahạt nhân trung gianhạt nhân bền + hạt cơ bản. VD: h = 1,25 HeV 3. Đặc điểm: - Các phản ứng phóng xạ nhân tạo được phân loại dựa vào hạt cơ bản làm đạn (xem “Một số vấn đề chọn lọc của hoá học” tập 1 trang 65 đến 83). - Hiện nay đã kiểm soát được nên có những ứng dụng trong công nghệ đời sống. 4. Các họ phóng xạ * Kết hợp phóng xạ tự nhiên & nhân tạo người ta tổng kết thành 1 họ phóng xạ (3 tự nhiên, 1 họ nhân tạo) * Trong họ phóng xạ đều có qui luật biến đổi số khối liên hệ số khối từ hạt nhân ban đầuhạt nhân bền. C. Một số bài toán về hoá học hạt nhân I. Độ hụt khối và năng lượng hạt nhân 1. E = c2.m (J hoặc J/mol) c: Tốc độ ánh sáng trong chân không C = 3.108 m/s2 +) m: Biến thiên (độ hụt) khối lượng +) m = mhạt nhân - mhạt nhân với 1 hạt nhân (theo lý thuyết) (thực nghiệm) +) m = mcác hạt trước p/ứ – ms/p p/ư hạt nhân với 1 phản ứng 2. (J/nucleon) A: số khối E: ứng với 1 hạt nhân E: qui về 1 nucleon – là các hạt cấu tạo nên hạt nhân (proton và nơtron) (trong nghiên cứu thường dùng E) II. Động học của phản ứng tự phân rã hạt nhân (Phản ứng bậc 1) 1. Các biểu thức a. Với phản ứng bậc 1 thì v = k.C Với phản ứng tự phân rã hạt nhân v= .N k: hằng số tốc độ phản ứng : hằng số phân rã hạt nhân (trị số k,  h/s đối với phản ứng hay 1 hạt nhân tại 1 nhiệt độ đã cho) C: nồng độ chất A tại thời điểm đang xét N: số hạt nhân phóng xạ b. Chu kỳ bán huỷ (t1/2): Là thời gian để phân huỷ 1/2 số nguyên tử ban đầu, hay 1/2 lượng có ban đầu. Thời gian t1/2 = chu kỳ bán huỷ/ bán rã 2. Một số bài toán a. Tính niên đại (thời gian) hoá thạch Cơ sở hoá học: Dựa vào lý thuyết về phản ứng là bậc 1 Cơ sở tính toán: dựa vào phương trình động học Hoặc Trong đó: t: là thời gian xảy ra phản ứng  (hoặc k) là hằng số phóng xạ N0: là số hạt nhân có ban đầu (tại t=0) m0: là khối lượng. N: là số hạt nhân có tại thời điểm đang xét (t0) (Hoặc m là khối lượng hạt nhân) dựa vào phương trình động học (4b) b. Tính niên đại của một mẫu than (*) R0= 15,3 phân huỷ trong 1 giây trong 1 gam cacbon. Vậy từ (*) ta có (năm) 3. Độ phóng xạ a. Định nghĩa: Độ phóng xạ 1 hạt nhân là số phân huỷ hạt nhân đó tính theo 1 đơn vị thời gian, 1 đơn vị khối lượng. (Số phân huỷ là số hạt nhân biến đổi theo phản ứng 1 chiều bậc nhất) Kí hiệu: A thực chất là tốc độ phân rã của mẩu phóng xạ đó. b. Đơn vị phóng xạ: +) Curi: 1 Curi là số phân huỷ 1 gam Ra trong 1 giây 1 Curi = 3,7.1010 phân rã/ giây 1m Curi = 10-3 Curi 1M Curi = 10-6 Curi +) Beoơren (Bq) 1 Bq = 1 phân rã/ giây1 Curi = 3,7.1010 Bq +) Rơzơfo

F. Bài tập tự kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi

(Bài kiểm tra lần 2) Thời gian: 15 phút

Câu 1 Trong các phát biểu sau đây nói về bản chất của phản ứng hạt nhân, phát biểu đúng là

A. Phản ứng hạt nhân là sự biến đổi chất này thành chất khác.

B. Phản ứng hạt nhân sự biến đổi hạt nhân nguyên tử để chuyển nguyên tố này thành nguyên tố khác do sự tự phân rã hạt nhân (gọi là sự phóng xạ) hoặc sự tương tác giữa hạt nhân với nhau hoặc hạt nhân với các hạt cơ bản (proton, electron)

C. Phản ứng hạt nhân là phản ứng trong đó nguyên tử hóa học được bảo toàn.

D. Phản ứng hạt nhân là sự biến đổi nguyên tố hoá học này thành nguyên tố hoá học khác.

Câu 2 Sản phẩm của sự phóng xạ tự nhiên không bị lệch hướng khi đi qua điện trường là

A. hạt anpha (). B. nơtron (n). C. tia gama (). D. tia beta ().

Câu 3 Khoảng thời gian (giờ) kể từ khi 16 gam ⁴²K bắt đầu phân huỷ đến khi chỉ còn lại 2 gam (Biết t_1/2 = 12,4) là

A. 8 x 12,4. B. 3 x 12,4. C. 2 x 12,4. D. 4 x 12,4.

Câu 4 Thời gian bán hủy của ²¹²Fr là 19 phút. Thời gian (phút) để 1 gam đồng vị này phân huỷ còn 0,125 gam là

A. 4,75. B. 9,5. C. 38. D. 57.

Câu 5 Khi phân huỷ beta đồng vị ¹⁴C thu được nguyên tử

A. ¹⁵N. B. ¹⁴N . C. ⁸O. D. ¹⁶S.

Câu 6 Chu kì bán rã, thời gian cần thiết để lượng chất ban đầu mất đi một nửa của là 14,3 ngày. Thời gian (tính theo ngày) để một mẫu thuốc có tính phóng xạ chứa còn lại 20% hoạt tính phóng xạ ban đầu của nó là

A. 33,2 ngày. B. 71,5 ngày. C. 61,8 ngày. D. 286 ngày.

Câu 7 là nguyên tố gốc của họ phóng xạ tự nhiên uran, kết thúc của dãy này là đồng vị bền của chì . Mỗi lần phân rã  làm giảm 2 đơn vị điện tích dương và giảm 4u về khối lượng của hạt nhân. Mỗi lần phân rã  làm tăng 1 đơn vị điện tích hạt nhân, nhưng khối lượng coi như không thay đổi. Số lần phân rã  và  là

A. 6 lần phân rã  và 8 lần phân rã .

B. 8 lần phân rã  và 6 lần phân rã .

C. 8 lần phân rã  và 8 lần phân rã .

D. 6 lần phân rã  và 6 lần phân rã .

Câu 8 Họ phóng xạ thuộc họ phóng xạ nhân tạo là

A. actini. B. neptun. C. thori. D. uran.

Câu 9 Chu kì bán huỷ của Poloni (Po) bằng 138 ngày. Khối lượng của Poloni mà người ta cần phải sử dụng để có một cường độ phóng xạ bằng 1Ci (1Ci = 3,7.10¹⁰Bq và Po = 210) là

A. 0,222 mg. B. 2,22 mg. C. 0,1538 gam. D. 0,222 gam.

Câu 10 Một mẫu đá chứa 17,4 mg ²³⁸U và 1,45 mg ²⁰⁶Pb. Biết rằng chu kỳ bán huỷ của ²³⁸U là 4,51. 10⁹ năm. Thời gian tồn tại của mẫu đá đó là

A. 5,68.10⁸ năm. B. 6,58. 10⁸ năm.

C. 5,98.10⁸ năm. D. 6,58.10⁷ năm.