Trong thể dục thể thao, có một số vận động viên sử dụng các loại chất kích thích trong thi đấu, gọi là doping, dẫn đến thành tích đạt được của họ không thật so với năng lực vốn có. Một trong các loại doping thường gặp nhất là testosterone tổng hợp.

Tỉ lệ giữa hai đồng vị ${}_6{}^{12}C$ (98,98%) và ${}_6{}^{13}C$ (1,11%) là không đổi đối với testosterone tự nhiên trong cơ thể. Trong khi testosterone tổng hợp (tức doping) có phần trăm số nguyên tử đồng vị ${}_6{}^{13}C$ ít hơn testosterone tự nhiên. Đây chính là mấu chốt của xét nghiệm CIR (Carbon Isotope Ratio – Tỉ lệ đồng vị carbon) – một xét nghiệm với mục đích xác định xem vận động viên có sử dụng doping hay không.

Giả sử, thực hiện phân tích CIR đối với một vận động viên thu được kết quả phần trăm số nguyên tử đồng vị ${}_6{}^{12}C$ là x và ${}_6{}^{13}C$ là y. Từ tỉ lệ đó, người ta tính được nguyên tử khối trung bình của carbon trong mẫu phân tích có giá trị là 12,0098. Với kết quả thu được, em có nghi ngờ vận động viên này sử dụng doping hay không? Vì sao?

* Trả lời:

Tỉ lệ hai đồng vị ${}_6{}^{12}C$ (98,98%) và ${}_6{}^{13}C$ (1,11%) trong testosterone tự nhiên trong cơ thể là $\frac{98,98}{1,11}\approx 89,171$

Đối với kết quả mẫu phân tích ta có:

$12,0098=\frac{12x+13y}{x+y}\Rightarrow \frac{x}{y}\approx 101,041$ > 89, 171

⇒ Từ kết quả thu được, em nghi ngờ vận động viên này đã có sử dụng doping.

* Mở rộng:

 Đồng vị, nguyên tử khối trung bình

1. Đồng vị

- Các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học có số neutron khác nhau là đồng vị của nhau.

Do đó, đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học (có cùng số proton) khác nhau về số khối do đó số neutron khác nhau.

Ví dụ: Helium có hai đồng vị bền là ${}_2{}^{3}He$ và ${}_2{}^{4}He$.

 

Hình 3.3. Minh họa cấu tạo nguyên tử hai đồng vị của nguyên tố helium

- Tất cả các nguyên tố hóa học đều có nhiều đồng vị.

Ví dụ: Hydrogen có ba đồng vị là ${}_1{}^{1}H$(kí hiệu là H), ${}_1{}^{2}H$(kí hiệu là D), ${}_1{}^{3}H$(kí hiệu là T), oxygen có 17 đồng vị bắt đầu từ ${}_8{}^{12}O$ và kết thúc là ${}_8{}^{28}O$, ...

2. Nguyên tử khối trung bình

a) Nguyên tử khối

- Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của một nguyên tử, cho biết khối lượng của một nguyên tử nặng gấp bao nhiêu lần 1 amu.

Ví dụ: Nguyên tử khối của 16O là 16 do khối lượng của một nguyên tử 16O là 16 amu.

b) Nguyên tử khối trung bình

- Mỗi nguyên tố hóa học đều có nhiều đồng vị.

- Trong tự nhiên, một nguyên tố hóa học dù ở dạng đơn chất hay hợp chất thì tỉ lệ giữa các đồng vị của nguyên tố này là không đổi.

- Nguyên tử khối của nguyên tố hóa học có nhiều đồng vị là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị (kí hiệu là ), có tính đến tỉ lệ số nguyên tử các đồng vị tương ứng (xác định từ phổ khối lượng).

- Công thức tính nguyên tử khối trung bình như sau:

$\overline{A}$ = $\frac{X\times x+Y\times y+Z\times z+\mathrm{...}}{x+y+z+\mathrm{...}}$

Trong đó:

+ X, Y, Z, ... lần lượt là số khối của các đồng vị.

+ x, y, z, ... là phần trăm số nguyên tử các đồng vị tương ứng.

Ví dụ: Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị bền là 63Cu và 65Cu chiếm tương ứng khoảng 73% và 27% về số nguyên tử. Nguyên tử khối trung bình của đồng là:

$\overline{A}$ = $\frac{63\times 73+65\times 27}{73+27}$= 63,64

Lưu ý: Nguyên tử khối của một nguyên tố hóa học ghi trong bảng tuần hoàn là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị trong tự nhiên.

Xem thêm các bài viết liên quan,chi tiết khác:

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 3: Nguyên tố hóa học

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 3: Nguyên tố hóa học