Cho bài toán:
- Ban đầu có 15,0 g cobalt \(^{60}_{27}Co\)
- Chu kỳ bán rã \(T = 5,27\) năm
- Sản phẩm phân rã: hạt nhân bền \(^{60}_{28}Ni\)
- Các phát biểu cần kiểm tra đúng hay sai.
---
**Các dữ liệu cần thiết:**
- \(m_0 = 15,0\) g (khối lượng ban đầu)
- \(T = 5,27\) năm
- \(\lambda = \frac{\ln 2}{T} = \frac{0,693}{5,27} = 0,1315 \text{ năm}^{-1}\)
- Khối lượng mol của \(^{60}Co\) và \(^{60}Ni\) gần bằng 60 g/mol.
- Số Avogadro \(N_A = 6,022 \times 10^{23}\) hạt/mol.
---
### a) Độ phóng xạ của mẫu tại thời điểm ban đầu là \(6,28 \times 10^{14}\) Bq.
Độ phóng xạ (hoạt độ) được tính bằng:
\[
A_0 = \lambda N_0
\]
- Số hạt nhân ban đầu:
\[
N_0 = \frac{m_0}{M} N_A = \frac{15}{60} \times 6,022 \times 10^{23} = 0,25 \times 6,022 \times 10^{23} = 1,5055 \times 10^{23}
\]
- \(\lambda\) phải được đổi sang đơn vị giây\(^{-1}\) vì Bq là số phân rã trên giây:
\[
1 \text{ năm} = 3,15 \times 10^{7} \text{ s} \Rightarrow \lambda = 0,1315 \text{ năm}^{-1} = \frac{0,1315}{3,15 \times 10^{7}} = 4,17 \times 10^{-9} \text{ s}^{-1}
\]
- Hoạt độ:
\[
A_0 = \lambda N_0 = 4,17 \times 10^{-9} \times 1,5055 \times 10^{23} = 6,28 \times 10^{14} \text{ Bq}
\]
**Kết luận:** Phát biểu **a) Đúng**
---
### b) Tia phóng xạ phát ra là tia \(\beta^{-}\)
Cobalt-60 phân rã bằng cách chuyển neutron thành proton, phát ra electron (beta âm) và antineutrino:
\[
^{60}_{27}Co \rightarrow ^{60}_{28}Ni + \beta^{-} + \bar{\nu}
\]
**Kết luận:** Phát biểu **b) Đúng**
---
### c) Khối lượng \(^{60}_{28}Ni\) được tạo thành sau 7,25 năm từ thời điểm ban đầu là 5,78 gram.
Sau thời gian \(t=7,25\) năm, số hạt nhân \(^{60}Co\) còn lại:
\[
N(t) = N_0 e^{-\lambda t}
\]
- Tính \(\lambda t = 0,1315 \times 7,25 = 0,953\)
\[
N(t) = N_0 e^{-0,953} = N_0 \times 0,3856
\]
Số hạt nhân \(Co\) còn lại chiếm 38,56% ban đầu.
Số hạt nhân đã phân rã (tạo thành Ni):
\[
N_{Ni} = N_0 - N(t) = N_0 (1 - 0,3856) = 0,6144 N_0
\]
Khối lượng \(Ni\) tạo thành:
\[
m_{Ni} = \frac{N_{Ni}}{N_A} \times M = 0,6144 \times \frac{N_0}{N_A} \times M
\]
Nhưng \(\frac{N_0}{N_A} \times M = m_0 = 15\) g
Vậy:
\[
m_{Ni} = 0,6144 \times 15 = 9,216 \text{ g}
\]
Phát biểu nói là 5,78 g, không đúng.
**Kết luận:** Phát biểu **c) Sai**
---
### d) Tỉ số giữa khối lượng \(^{60}_{27}Co\) và khối lượng \(^{60}_{28}Ni\) có trong mẫu tại thời điểm 2,56 năm là 0,400.
Tại \(t=2,56\) năm:
\[
\lambda t = 0,1315 \times 2,56 = 0,336
\]
- Số hạt nhân Co còn lại:
\[
N(t) = N_0 e^{-0,336} = N_0 \times 0,714
\]
- Số hạt nhân Ni tạo thành:
\[
N_{Ni} = N_0 - N(t) = N_0 (1 - 0,714) = 0,286 N_0
\]
Khối lượng Co còn lại:
\[
m_{Co} = 0,714 \times 15 = 10,71 \text{ g}
\]
Khối lượng Ni tạo thành:
\[
m_{Ni} = 0,286 \times 15 = 4,29 \text{ g}
\]
Tỉ số:
\[
\frac{m_{Co}}{m_{Ni}} = \frac{10,71}{4,29} = 2,5
\]
Phát biểu nói tỉ số là 0,400, không đúng.
**Kết luận:** Phát biểu **d) Sai**
---
# **Kết luận cuối cùng:**
- a) Đúng
- b) Đúng
- c) Sai
- d) Sai