Ядрата на атомите съдържат само протони и неутрони и всеки от тях има по дефиниция маса приблизително 1 атомна единица маса (amu). Атомното тегло на всеки елемент - което не включва теглото на електроните, които се считат за незначителни - следователно трябва да бъде цяло число. Бързо разглеждане на периодичната таблица обаче показва, че атомните тегла на повечето елементи съдържат десетична дроб. Това е така, защото изброеното тегло на всеки елемент е средно за всички естествени изотопи на този елемент. Бързото изчисление може да определи процентното изобилие на всеки изотоп на даден елемент, при условие че знаете атомните тегла на изотопите. Тъй като учените са измерили точно теглото на тези изотопи, те знаят, че теглото варира леко от интегралните числа. Освен ако не е необходима висока степен на точност, можете да игнорирате тези леки дробни разлики при изчисляване на процентите на изобилието.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Можете да изчислите процентното изобилие на изотопи в проба от елемент с повече от един изотоп, стига изобилията от два или по-малко да са неизвестни.
Какво е изотоп?
Елементите са изброени в периодичната таблица според броя на протоните в техните ядра. Ядрата също съдържат неутрони, но в зависимост от елемента в ядрото може да няма нито един, два, три или повече неутрона. Водородът (Н) например има три изотопа. Ядрото на 1Н не е нищо друго освен протон, а ядрото на деутерия (2H) съдържа неутрон и този на тритий (3Н) съдържа два неутрона. Шест изотопа на калций (Ca) се срещат в природата, а за калай (Sn) броят е 10. Изотопите може да са нестабилни, а някои са радиоактивни. Нито един от елементите, които се появяват след Уран (U), който е 92-ри в периодичната таблица, няма повече от един естествен изотоп.
Елементи с два изотопа
Ако елемент има два изотопа, можете лесно да създадете уравнение, за да определите относителното изобилие на всеки изотоп въз основа на теглото на всеки изотоп (W1 и W2) и теглото на елемента (Wд), изброени в периодичната таблица. Ако обозначите изобилието на изотоп 1 сх, уравнението е:
W1 • x + W2 • (1 - x) = Wд
тъй като теглото на двата изотопа трябва да се добави, за да се даде теглото на елемента. След като намерите (x), умножете го по 100, за да получите процент.
Например, азотът има два изотопа, 14N и 15N и периодичната таблица изброява атомното тегло на азота като 14.007. Настройвайки уравнението с тези данни, получавате: 14x + 15 (1 - x) = 14.007 и решавайки за (x), намирате изобилието от 14N да бъде 0,993 или 99,3 процента, което означава изобилие от 15N е 0,7 процента.
Елементи с повече от два изотопа
Когато имате проба от елемент, който има повече от два изотопа, можете да намерите изобилието на два от тях, ако знаете изобилието на останалите.
Като пример, помислете за този проблем:
Средното атомно тегло на кислорода (О) е 15,9994 аму. Той има три естествено срещащи се изотопа, 16О, 17O и 18О и 0,037 процента от кислорода се състои от 17О. Ако атомните тегла са 16O = 15,995 amu, 17O = 16,999 amu и 18O = 17,999 amu, какви са изобилията на другите два изотопа?
За да намерите отговора, преобразувайте процентите в десетични дроби и отбележете, че изобилието на другите два изотопа е (1 - 0,00037) = 0,99963.
Задайте едно от неизвестните изобилия - кажете това на 16O - да бъде (x). Другото неизвестно изобилие, това на 18O, е тогава 0,99963 - x.
(атомно тегло от 16O) • (частично изобилие от 16O) + (атомно тегло от 17O) • (частично изобилие от 17O) + (атомно тегло от 18O) • (частично изобилие от 18О) = 15,9994
(15.995) • (x) + (16.999) • (0.00037) + (17.999) • (0.99963 - x) = 15.9994
15,995x - 17,999x = 15,9994 - (16,999) • (0,00037) - (17,999) (0,99963)
x = 0,9976
След като определи (x) като изобилие от 16О, изобилието от 18О е тогава (0,99963 - х) = (0,99963 - 0,9976) = 0,00203
Тогава изобилието на трите изотопа е:
16O = 99,76%
17O = 0,037%
18O = 0,203%