Hiệu chỉnh trọng lượng nguyên tử có thể làm thay đổi bảng tuần hoàn

Một thời kì huy hoàng từ nước Nga giữa thế kỉ 19 đã mang lại một ít đổi mới. Năm nguyên tố tại chính giữa bảng tuần hoàn hóa học sẽ không bao giờ trông như cũ nữa, sau khi người ta cập nhật trọng lượng nguyên tử của chúng.

“Thầy dạy hóa học của bạn có lẽ từng bảo bạn rằng ‘trọng lượng nguyên tử là những hằng số của tự nhiên’, nhưng không có cái gì có thể sâu sắc hơn sự thật cả,” phát biểu của Tyler Coplen, giám đốc phòng thí nghiệm Đồng vị Bền Reston ở Virginia, Mĩ. Thật vậy, trọng lượng nguyên tử của một số nguyên tố biến thiên tùy thuộc vào bạn ở nơi nào trên Trái đất.

Đa phần khối lượng của một nguyên tử nằm ở hạt nhân của nó, gồm các proton và neutron (ngoại lệ là oxygen đều có 8 proton, và vân vân. Nhưng số lượng neutron có thể biến thiên từ nguyên tử này sang nguyên tử khác thuộc cùng một nguyên tố. Các nguyên tử thuộc cùng một nguyên tố nhưng có số lượng neutron khác nhau được gọi là các đồng vị.

Đã đến lúc xét đến các chênh lệch trọng lượng nguyên tử.

Mỗi nguyên tố có một số đồng vị không bền, chúng vỡ ra qua sự phân hủy phóng xạ, nhưng một số nguyên tố còn có nhiều hơn một đồng vị bền. Đây là chỗ các nhà hóa học gặp rắc rối khi tiến tới định nghĩa trọng lượng nguyên tử.

Chẳng hạn, bromine có hai đồng vị bền có hàm lượng phong phú tương đương nhau trên Trái đất. Nhưng hai đồng vị đó không phân bố đều: chẳng hạn, đồng vị nặng hơn của bromine thường có trong nước biển và trong muối nhiều hơn trong các chất hữu cơ.

Magnesium hành xử giống như vậy: có ba đồng vị bền của kim loại này, và hàm lượng của chúng chênh lệch chút ít trong các môi trường khác nhau. Điều này có nghĩa là tọng lượng trung bình của một nguyên tử bromine hay magesium trong những môi trường khác nhau này cũng biến thiên rất ít.

Điều này khiến những người giám hộ bảng tuần hoàn hóa học – Hiệp hội Quốc tế Hóa học và Hóa học Ứng dụng (IUPAC) – cho rằng tọng lượng nguyên tử của bromine và magnesium được xác định theo khoảng tốt hơn là theo một con số. Trọng lượng nguyên tử của bromine bây giờ được đổi từ 79,904 sang khoảng [79,901; 79,907]. Trong khi đó, trọng lượng nguyên tử của magesium trước đây là 24,3050 thì bây giờ được biểu diễn bởi khoảng [24,304; 24,307].

Đồng thời, IUPAC cũng đang xét đến khả năng hiệu chỉnh trọng lượng nguyên tử của ba nguyên tố nữa: germanium, indium và thủy ngân.

Đây không phải là lần đầu tiên chuyện này xảy ra – và có lẽ chưa phải là lần cuối cùng. Hai năm trước đây, IUPAC đã thay trọng lượng nguyên tử của 10 nguyên tố khác theo khoảng, trong đó có một số nguyên tố phổ biến nhất trên Trái đất, ví dụ như hydrogen và carbon.

Coplen, một tác giả của bản báo cáo mới nhất của IUPAC, cho biết chuyện này có lẽ sẽ xảy ra với những nguyên tố có nhiều hơn một đồng vị bền trong tương lai, khi các dụng cụ đo trở nên chính xác hơn nữa. “Ủy ban IUPAC đang sắp nhóm họp lần nữa vào tháng 8 năm nay,” Coplen nói. “Tôi hi vọng sẽ có vài nguyên tố nữa sẽ được thay đổi.”

Tham khảo: Pure and Applied Chemistry, doi.org/mk2

Nguồn: New Scientist