Đồng vị là một loại nguyên tử, đơn vị vật chất nhỏ nhất giữ lại tất cả các đặc tính hóa học của một nguyên tố. Đồng vị là các biến thể của một nguyên tố mà trong đó hạt nhân nguyên tử có cùng số proton nhưng chứa số neutron khác nhau, số khối khác nhau. Số proton trong hạt nhân nguyên tử được gọi là số nguyên tử và bằng số electron trong trạng thái nguyên tử trung tính (không ion hóa). Mỗi số nguyên tử xác định một nguyên tố cụ thể và các nguyên tử của nguyên tố đó có thể có phạm vi rộng về số lượng các neutron. Số lượng các nucleon (tên gọi chung cho proton và neutron) trong hạt nhân là số khối của nguyên tử, tức là mỗi đồng vị của một nguyên tố có một số khối riêng.
Mỗi nguyên tố được phân biệt bằng số proton, neutron và electron mà nó sở hữu. Các nguyên tử của mỗi nguyên tố hóa học có một số proton và electron xác định và giống nhau, nhưng điều cốt yếu là số neutron của chúng có thể khác nhau. Những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác số neutron được gọi là đồng vị. Chúng có cùng tính chất hóa học gần như giống nhau, nhưng khác nhau về khối lượng và do đó khác nhau về tính chất vật lý. Có những đồng vị ổn định, không phát ra bức xạ và có những đồng vị không ổn định, phát ra bức xạ hay được gọi là đồng vị phóng xạ.
Các đồng vị của nguyên tố Hydro
Kỹ thuật hạt nhân được sử dụng để đo lượng và tỷ lệ của các đồng vị trong vật chất, đồng thời truy tìm nguồn gốc, lịch sử và nguồn gốc của chúng dựa trên những thông tin này. Ví dụ như, các phép đo giúp các nhà khoa học hiểu được các hệ thống vật chất ở trên cạn và dưới nước, lượng vitamin nhất định được cơ thể hấp thụ hoặc lượng phân bón mà cây trồng hấp thụ.
“Chữ ký đồng vị” là tập hợp tỷ lệ giữa số lượng các đồng vị khác nhau của một nguyên tố trong một mẫu. Chữ ký đồng vị thường được gọi là “dấu vân tay đồng vị”, vì chúng tương tự như dấu vân tay của con người và được sử dụng để theo dõi, truy tìm dấu vết. “Chữ ký đồng vị” được xác định ở trong nước, đất, thực vật và động vật. Bằng cách truy tìm “Chữ ký đồng vị” này, các nhà khoa học có thể đánh giá:
– Sự di cư của các loài vật trên cạn và dưới nước;
– Chuỗi thức ăn và sự thay đổi chế độ ăn của động vật;
– Nguồn gốc địa lý và thực vật của thực phẩm;
– Tuổi và chất lượng các vùng nước bao gồm cả các tầng chứa nước ngầm;
– Nguồn gốc ô nhiễm nước và không khí.
Ví dụ, đồng vị cacbon-14 tự nhiên có trong nước được sử dụng để xác định tuổi của nước và các vật liệu hữu cơ khác.
80 nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn có các đồng vị ổn định. Các thuộc tính của đồng vị ổn định cho phép sử dụng để hiểu và quản lý tài nguyên nước và đất. Chúng cũng được sử dụng trong các nghiên cứu môi trường, đánh giá dinh dưỡng và pháp y. Các đồng vị ổn định trong tự nhiên như đồng vị của hydro được sử dụng bằng cách đo lượng và tỷ lệ của chúng trong các mẫu nước để xác định tuổi và nguồn gốc của nước, hiểu lịch sử và thừa nhận các nguồn cấp. Đây được gọi là kỹ thuật thủy văn đồng vị.
Đồng vị ổn định cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu đất đai, con người, động vật, côn trùng và thực vật. Ví dụ, kỹ thuật đồng vị sử dụng để lập bản đồ đường di cư của bướm và giúp bảo vệ các nguồn tài nguyên trong môi trường sinh sản của chúng. Chúng cũng có thể được sử dụng trong nông nghiệp. Sử dụng phân bón nitơ sinh học được dán nhãn đồng vị ổn định nitơ-15 (15N), các nhà khoa học có thể theo dõi và xác định mức độ hiệu quả của phân bón đang sử dụng cho cây trồng. Điều này rất quan trọng vì thực vật cần hấp thụ nitơ để chuyển hóa nó thành các protein cần thiết. Sử dụng 15N cho phép các nhà khoa học xác định lượng phân bón cần thiết để cây trồng đạt năng suất tối đa.
Hiện có hơn 3000 đồng vị phóng xạ đã biết. Chúng ở dạng không ổn định của phân tử. Chúng phát ra các mức bức xạ khác nhau và có nhiều ứng dụng hữu ích trong y học, công nghiệp, nông nghiệp, khoa học dược phẩm phóng xạ, công nghiệp, môi trường và nghiên cứu sinh học. Đồng vị phóng xạ được sản xuất nhân tạo và an toàn trong các lò phản ứng nghiên cứu và máy gia tốc. Một công dụng của đồng vị phóng xạ là điều trị bệnh ung thư và các bệnh mãn tính bằng xạ trị, tiêu diệt các tế bào ung thư một cách an toàn và hiệu quả. Các ứng dụng khác bao gồm việc tạo ra các sản phẩm chăm sóc sức khỏe tốt hơn bằng cách loại bỏ hoặc trung hòa các hóa chất, vi khuẩn và chất độc gây nguy hiểm.
Từ khóa: Đồng vị; đồng vị ổn định; đồng vị phóng xạ;
– CMD&DND –
