Každý prvek v periodické tabulce má ve svém jádře jedinečný počet pozitivně nabitých protonů, ale počet neutronů, které nemají žádný náboj, se může lišit. Atomy prvku s různým počtem neutronů jsou izotopy tohoto prvku. Všechny prvky kromě 20 mají více než jeden přirozeně se vyskytující izotop a některé prvky mají mnoho. Cín (Sn) s 10 přírodními izotopy je vítězem v této kategorii. Neutrony mají stejnou hmotnost jako protony, takže různé izotopy mají různé atomové hmotnosti a atomové hmotnost prvku uvedeného v periodické tabulce je průměr každého izotopu vynásobený jeho hojnost.
Atomová hmotnost = ∑ (atomová hmotnost x relativní hojnost)
Je možné matematicky vypočítat zlomkovou hojnost pro prvky se dvěma izotopy na základě atomových hmot izotopů, ale pro prvky s více než dvěma potřebujete laboratorní techniky.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Pokud má prvek dva izotopy, můžete jejich zlomkové množství najít pomocí matematiky. Jinak potřebujete hmotnostní spektrometr.
Výpočet relativního množství dvou izotopů
Uvažujme prvek se dvěma izotopy o hmotnosti m1 a m2. Jejich zlomková hojnost musí být rovna 1, takže je-li početnost první x, hojnost druhé 1 - x. To znamená
Atomová hmotnost = m1x + m2(1 - x).
Zjednodušení a řešení pro x:
x = (atomová hmotnost - m2) ÷ (m1 - m2)
Veličina x je zlomková hojnost izotopu s hmotností m1.
Ukázkový výpočet
Chlór má dva přirozeně se vyskytující izotopy: 35Cl s hmotností 34,9689 amu (atomové hmotnostní jednotky) a 37Cl s hmotou 36,9659 amu. Pokud je atomová hmotnost chloru 35,46 amu, jaké jsou zlomkové počty jednotlivých izotopů?
Nechť x je zlomková hojnost 35Cl. Podle výše uvedené rovnice, pokud necháme hmotnost 35Cl být m1 a to z 37Cl být m2, dostaneme:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Částečné množství 35Cl je 0,756 a to je 37Cl je 0,244.
Více než dva izotopy
Vědci určují relativní množství prvků s více než dvěma izotopy v laboratoři pomocí techniky zvané hmotnostní spektrometrie. Odpařují vzorek obsahující prvek a bombardují ho vysokoenergetickými elektrony. Tím se nabijí částice, které jsou směrovány magnetickým polem, které je vychyluje. Těžší izotopy se vychýlí více než ty lehčí. Spektrometr měří poměr hmotnosti k náboji každého izotopu, který detekuje, a také měří jejich počty a zobrazuje je jako řadu linií, které se nazývají spektrum. Spektrum je jako sloupcový graf, který vykresluje poměr hmotnosti a náboje proti relativní hojnosti.
