Всеки елемент в периодичната таблица има уникален брой положително заредени протони в ядрото си, но броят на неутроните, които нямат заряд, може да варира. Атомите на елемент с различен брой неутрони са изотопи на този елемент. Всички елементи освен 20 имат повече от един естествено срещащ се изотоп, а някои елементи имат много. Калай (Sn), с 10 естествени изотопа, е победителят в тази категория. Неутроните имат същата маса като протоните, така че различните изотопи имат различни атомни маси и атомни теглото на елемент, посочен в периодичната таблица, е средно за всеки изотоп, умножено по неговото изобилие.
Атомно тегло = ∑ (атомна маса х относително изобилие)
Възможно е да се изчислят математически частични количества в елементите с два изотопа въз основа на атомните маси на изотопите, но са ви необходими лабораторни техники за елементи с повече от два.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Ако даден елемент има два изотопа, можете да намерите неговото частично изобилие с помощта на математика. В противен случай се нуждаете от масспектрометър.
Изчисляване на относителното изобилие на два изотопа
Да разгледаме елемент с два изотопа с маси m1 и m2. Тяхното частично изобилие трябва да бъде равно на 1, така че ако изобилието на първото е х, изобилието на второто е 1 - х. Това означава
Атомно тегло = m1x + m2(1 - х).
Опростяване и решаване на x:
x = (атомно тегло - m2) ÷ (m1 - м2)
Количеството x е фракционното изобилие на изотопа с маса m1.
Примерно изчисляване
Хлорът има два естествено срещащи се изотопа: 35Cl, с маса от 34,9689 amu (атомни единици за маса) и 37Cl, с маса от 36,9659 amu. Ако атомното тегло на хлора е 35,46 amu, какви са фракционните количества на всеки изотоп?
Нека x е дробното изобилие на 35Cl. Според уравнението по-горе, ако оставим масата на 35Cl е m1 и това на 37Cl е m2, получаваме:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Фракционното изобилие на 35Cl е 0.756 и този на 37Cl е 0,244.
Повече от два изотопа
Учените определят относително изобилие на елементи с повече от два изотопа в лабораторията, използвайки техника, наречена масспектрометрия. Те изпаряват проба, съдържаща елемента, и я бомбардират с високоенергийни електрони. Това зарежда частиците, които са те, насочени през магнитно поле, което ги отклонява. По-тежките изотопи се отклоняват повече от по-леките. Спектрометърът измерва съотношението маса-заряд на всеки изотоп, който открива, както и измерва числата на всеки и ги показва като поредица от линии, наречени спектър. Спектърът е като стълбовидна диаграма, която нанася съотношението маса-заряд спрямо относителното изобилие.