Đồng vị
Các nguyên tử có bên ngoài y hệt nhau nhưng bên trong thì khác biệt. Đây là nòng cốt của khái niệm đồng vị (nghĩa là ‘cùng một chỗ’) của nhà vật lí Anh Frederick Soddy (1877–1956). Các đồng vị là các biến thể của một nguyên tố hóa học có cùng số proton (và electron) nhưng khác số neutron. Phần lớn các nguyên tố gồm một hỗn hợp các đồng vị – ví dụ, cứ mỗi 6400 nguyên tử hydrogen có khoảng một nguyên tử có thêm một neutron. Điều này giải thích vì sao giá trị thực nghiệm của khối lượng nguyên tử đôi khi ương bướng và không tuần tự: trọng lượng của một mẩu bất kì là trung bình của mọi loài nguyên tử mà nó chứa. Trong những trường hợp nhất định, các đồng vị nặng có thể không bền và có tính phóng xạ.
‘Số khối’ của một nguyên tử là tổng số proton và neutron của nó, và có thể khác nhau giữa các đồng vị của cùng một nguyên tố – bởi thế mà có các đồng vị như carbon-12, carbon-13 và carbon-14. Trong khi đó, định nghĩa hiện đại về ‘trọng lượng nguyên tử’ của một nguyên tố được tính bằng cách so sánh khối lượng trung bình của các nguyên tử của nó với khối lượng của một nguyên tử carbon-12 (được định nghĩa là có trọng lượng nguyên tử bằng 12).
Sự phân hạch
Ý tưởng về sự phân hạch – chia tách hạt nhân nguyên tử – đã xuất hiện lảng vảng trong những thập niên đầu của thế kỉ 20. Soddy và Rutherford chỉ ra rằng các nguyên tố phóng xạ có thể tự phát phân hủy thành một nguyên tố khác, và do đó, nó hiện thực hóa giấc mơ của các nhà giả kim thời trung cổ. Soddy tin rằng, nếu sự biến tố được chứng minh, thì nó sẽ được làm không phải vì tìm vàng, mà vì năng lượng được giải phóng trong quá trình đó. Tuy nhiên, Rutherford nghi ngờ việc có thể khai thác năng lượng hữu ích từ quá trình đó, ông cho rằng trên thực tế, việc chia tách hạt nhân sẽ tốn nhiều năng lượng hơn năng lượng được giải phóng. Khám phá sự phân hạch của uranium vào năm 1938 đã mang về cho nhà hóa học hạt nhân người Đức Otto Hahn (1879–1968) giải thưởng Nobel (mặc dù Ủy ban Nobel đã chọn không tôn vinh Lise Meitner cho phần đóng góp của bà về mặt tính toán trên lí thuyết). Vừa báo hiệu Thời đại Nguyên tử của năng lượng hạt nhân và vũ khí hạt nhân, nó vừa mở ra cả một vũ đài mới của bảng tuần hoàn, cho phép tổng hợp nhân tạo các nguyên tố nặng hơn uranium.
Trong ‘mô hình giọt chất lỏng’ cổ điển của sự phân hạch, các nucleon được hình dung tương tác với nhau giống như các hạt trong một chất lỏng. Các đồng vị phóng xạ có thể phân hủy tự phát, thế nhưng sự phân hủy cũng có thể được kích hoạt bởi sự tác động của một neutron. Trong một số trường hợp, các neutron tản lạc được giải phóng dưới dạng sản phẩm phụ của sự phân hủy, kích hoạt một phản ứng dây chuyền.
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành | Dan Green
Bản dịch của Thuvienvatly.com
