تحتوي نوى الذرات على البروتونات والنيوترونات فقط ، ولكل منها ، بحكم التعريف ، كتلة تقارب 1 وحدة كتلة ذرية (amu). يجب أن يكون الوزن الذري لكل عنصر - الذي لا يتضمن أوزان الإلكترونات ، التي تعتبر غير ذات أهمية - عددًا صحيحًا. ومع ذلك ، فإن الاطلاع السريع على الجدول الدوري يوضح أن الأوزان الذرية لمعظم العناصر تحتوي على كسر عشري. هذا لأن الوزن المدرج لكل عنصر هو متوسط جميع النظائر التي تحدث بشكل طبيعي لهذا العنصر. يمكن أن يحدد الحساب السريع النسبة المئوية للوفرة لكل نظير للعنصر ، بشرط أن تعرف الأوزان الذرية للنظائر. نظرًا لأن العلماء قاموا بقياس أوزان هذه النظائر بدقة ، فإنهم يعرفون أن الأوزان تختلف قليلاً عن الأعداد التكاملية. ما لم تكن هناك حاجة إلى درجة عالية من الدقة ، يمكنك تجاهل هذه الاختلافات الجزئية الطفيفة عند حساب نسب الوفرة.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
يمكنك حساب النسبة المئوية لوفرة النظائر في عينة من عنصر يحتوي على أكثر من نظير واحد طالما أن وفرة اثنين أو أقل غير معروفة.
ما هو النظير؟
يتم سرد العناصر في الجدول الدوري وفقًا لعدد البروتونات في نواتها. تحتوي النوى أيضًا على نيوترونات ، ومع ذلك ، ووفقًا للعنصر ، قد لا يوجد أي نيوترون أو واحد أو اثنان أو ثلاثة أو أكثر في النواة. الهيدروجين (H) ، على سبيل المثال ، له ثلاثة نظائر. نواة
1H ليس سوى بروتون ، بل نواة الديوتيريوم (2H) يحتوي على نيوترون وتريتيوم (3H) يحتوي على نيوترونين. توجد ستة نظائر للكالسيوم (Ca) في الطبيعة ، أما بالنسبة إلى القصدير (Sn) ، فيكون الرقم 10. قد تكون النظائر غير مستقرة وبعضها مشع. لا يحتوي أي من العناصر التي تظهر بعد اليورانيوم (U) ، وهو 92 في الجدول الدوري ، على أكثر من نظير طبيعي واحد.العناصر ذات النظيرين
إذا كان للعنصر نظيرين ، فيمكنك بسهولة إعداد معادلة لتحديد الوفرة النسبية لكل نظير بناءً على وزن كل نظير (W1 و2) ووزن العنصر (Wه) المدرجة في الجدول الدوري. إذا كنت تدل على وفرة النظير 1 من قبلxالمعادلة هي:
دبليو1 • س + دبليو2 • (1 - س) = دبليوه
حيث يجب إضافة أوزان كلا النظيرين لإعطاء وزن العنصر. بمجرد إيجاد (س) ، اضربها في 100 لتحصل على نسبة مئوية.
على سبيل المثال ، يحتوي النيتروجين على نظيرين ، 14ن و 15N ، ويسرد الجدول الدوري الوزن الذري للنيتروجين على أنه 14.007. عند إعداد المعادلة بهذه البيانات ، تحصل على: 14x + 15 (1 - x) = 14.007 ، وحل من أجل (x) ، تجد وفرة 14N تساوي 0.993 ، أو 99.3 بالمائة ، مما يعني وفرة 15N تساوي 0.7 بالمائة.
العناصر التي تحتوي على أكثر من نظيرين
عندما يكون لديك عينة من عنصر يحتوي على أكثر من نظيرين ، يمكنك العثور على وفرة اثنين منهم إذا كنت تعرف وفرة الآخرين.
كمثال ، ضع في اعتبارك هذه المشكلة:
متوسط الوزن الذري للأكسجين (O) هو 15.9994 amu. له ثلاثة نظائر طبيعية ، 16يا 17يا و 18يتكون O ، و 0.037 في المائة من الأكسجين 17س. إذا كانت الأوزان الذرية 16O = 15.995 وحدة دولية ، 17O = 16.999 amu و 18O = 17.999 amu ، ما هي وفرة النظيرين الآخرين؟
للعثور على الإجابة ، قم بتحويل النسب المئوية إلى كسور عشرية ولاحظ أن وفرة النظيرين الآخرين هي (1 - 0.00037) = 0.99963.
قم بتعيين أحد الوفرة المجهولة - قل أن 16O - ليكون (x). وفرة أخرى غير معروفة ، أن 18O ، إذن 0.99963 - x.
(الوزن الذري 16O) • (وفرة كسور من 16O) + (الوزن الذري 17O) • (وفرة كسور من 17O) + (الوزن الذري 18O) • (وفرة كسور من 18س) = 15.9994
(15.995) • (x) + (16.999) • (0.00037) + (17.999) • (0.99963 - x) = 15.9994
15.995 × - 17.999 × = 15.9994 - (16.999) • (0.00037) - (17.999) (0.99963)
س = 0.9976
بعد أن حددت (س) لتكون وفرة 16يا وفرة 18إذن O هو (0.99963 - x) = (0.99963 - 0.9976) = 0.00203
وفرة النظائر الثلاثة هي:
16O = 99.76٪
17O = 0.037٪
18O = 0.203٪