Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Розрахунок відносної кількості двох ізотопів
- Розрахунок зразка
- Більше двох ізотопів
Кожен елемент періодичної таблиці має унікальну кількість позитивно заряджених протонів у своєму ядрі, але кількість нейтронів, які не мають заряду, може змінюватися. Атоми елемента з різною кількістю нейтронів є ізотопами цього елемента. Усі, крім 20 елементів, мають більше одного природного ізотопу, а деякі - багато. Олово (Sn) з 10 природними ізотопами є переможцем у цій категорії. Нейтрони мають ту саму масу, що й протони, тому різні ізотопи мають різну атомну масу, а атомна маса елемента, зазначеного в періодичній таблиці, є середнім значенням кожного ізотопу, помноженого на його достаток.
Атомна маса = ∑ (атомна маса x відносна чисельність)
Можна математично обчислити дробові достатки для елементів з двома ізотопами на основі атомних мас ізотопів, але вам потрібні лабораторні методи для елементів, які мають більше двох.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Якщо елемент має два ізотопи, ви можете знайти їх дробові надлишки, використовуючи математику. В іншому випадку вам потрібен мас-спектрометр.
Розрахунок відносної кількості двох ізотопів
Розглянемо елемент з двома ізотопами мас m1 і м2. Їх дробові достатки повинні дорівнювати рівній 1, тому якщо достаток першого - x, достаток другого дорівнює 1 - x. Це означає
Атомна маса = м1х + м2(1 - х).
Спрощення та вирішення для x:
х = (Атомна маса - м2) ÷ (м1 - м2)
Величина х - дробова достатність ізотопу масою m1.
Розрахунок зразка
У хлору є два природних ізотопи: 35Cl, масою 34,9689 аму (атомні одиниці маси) і 37Cl, масою 36,9659 аму. Якщо атомна маса хлору становить 35,46 аму, то які дробові достатки кожного ізотопу?
Нехай х - дробове достаток 35Кл. Відповідно до рівняння, якщо дозволити масу 35Кл бути м1 і що 37Кл бути м2, ми отримуємо:
х = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,907 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Дробове достаток 35Cl - 0,756 і, що становить 37Cl - 0,244.
Більше двох ізотопів
Вчені визначають відносну чисельність елементів з більш ніж двома ізотопами в лабораторії за допомогою методики, званої мас-спектрометрією. Вони випаровують зразок, що містить елемент, і бомбардують його електронами високої енергії. Це заряджає частинки, які спрямовуються через магнітне поле, яке відхиляє їх. Важкі ізотопи відхиляються більше, ніж легші. Спектрометр вимірює відношення маси до заряду кожного ізотопу, який він виявляє, а також вимірює їх кількість та відображає їх у вигляді рядів ліній, званих спектром. Спектр подібний до гістограми, яка побудує відношення маси до заряду проти відносного достатку.