So berechnen Sie die prozentualen Abundanzen

Die Atomkerne enthalten nur Protonen und Neutronen, und jeder von ihnen hat per Definition eine Masse von ungefähr 1 Atommasseneinheit (amu). Das Atomgewicht jedes Elements – zu dem die als vernachlässigbar geltenden Elektronengewichte nicht zählen – sollte daher eine ganze Zahl sein. Ein kurzer Blick in das Periodensystem zeigt jedoch, dass die Atomgewichte der meisten Elemente einen Dezimalbruch enthalten. Dies liegt daran, dass das aufgeführte Gewicht jedes Elements ein Durchschnitt aller natürlich vorkommenden Isotope dieses Elements ist. Eine schnelle Berechnung kann die prozentuale Häufigkeit jedes Isotops eines Elements bestimmen, vorausgesetzt, Sie kennen die Atomgewichte der Isotope. Da Wissenschaftler die Gewichte dieser Isotope genau gemessen haben, wissen sie, dass die Gewichte leicht von ganzzahligen Zahlen abweichen. Sofern kein hohes Maß an Genauigkeit erforderlich ist, können Sie diese geringfügigen Unterschiede bei der Berechnung der Häufigkeitsprozentsätze ignorieren.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Sie können die prozentuale Häufigkeit von Isotopen in einer Probe eines Elements mit mehr als einem Isotop berechnen, solange die Häufigkeit von zwei oder weniger unbekannt ist.

Die Elemente sind im Periodensystem nach der Anzahl der Protonen in ihren Kernen aufgeführt. Kerne enthalten jedoch auch Neutronen und je nach Element kann es keine, ein, zwei, drei oder mehr Neutronen im Kern geben. Wasserstoff (H) hat beispielsweise drei Isotope. Der Kern von ¹H ist nichts anderes als ein Proton, sondern der Kern von Deuterium (²H) enthält ein Neutron und das von Tritium (³H) enthält zwei Neutronen. In der Natur kommen sechs Isotope von Calcium (Ca) vor, für Zinn (Sn) sind es 10. Isotope können instabil sein, und einige sind radioaktiv. Keines der Elemente, die nach Uran (U), das im Periodensystem auf Platz 92 steht, vorkommen, hat mehr als ein natürliches Isotop.

Wenn ein Element zwei Isotope hat, können Sie leicht eine Gleichung aufstellen, um die relative Häufigkeit jedes Isotops basierend auf dem Gewicht jedes Isotops (W₁ und W₂) und das Gewicht des Elements (W_e) im Periodensystem aufgeführt. Wenn Sie die Häufigkeit von Isotop 1 mit. bezeichnenx, die Gleichung lautet:

​W₁ • x + W₂ • (1 - x) = W_e​

da sich die Gewichte beider Isotope addieren müssen, um das Gewicht des Elements zu ergeben. Sobald Sie (x) gefunden haben, multiplizieren Sie es mit 100, um einen Prozentsatz zu erhalten.

Stickstoff hat beispielsweise zwei Isotope, ¹⁴N und ¹⁵N, und das Periodensystem listet das Atomgewicht von Stickstoff mit 14,007 auf. Wenn Sie die Gleichung mit diesen Daten aufstellen, erhalten Sie: 14x + 15(1 - x) = 14,007, und lösen nach (x) finden Sie die Häufigkeit von ¹⁴N beträgt 0,993 oder 99,3 Prozent, was die Häufigkeit von bedeutet ¹⁵N beträgt 0,7 Prozent.

Wenn Sie eine Probe eines Elements mit mehr als zwei Isotopen haben, können Sie die Häufigkeiten von zwei davon bestimmen, wenn Sie die Häufigkeiten der anderen kennen.

Betrachten Sie als Beispiel dieses Problem:

Das durchschnittliche Atomgewicht von Sauerstoff (O) beträgt 15.9994 amu. Es hat drei natürlich vorkommende Isotope, ¹⁶Ö, ¹⁷O und ¹⁸O, und 0,037 Prozent des Sauerstoffs bestehen aus ¹⁷Ö. Wenn die Atomgewichte ¹⁶O = 15.995 amu, ¹⁷O = 16.999 amu und ¹⁸O = 17.999 amu, wie groß sind die Häufigkeiten der anderen beiden Isotope?

Um die Antwort zu finden, konvertieren Sie Prozentsätze in Dezimalbrüche und beachten Sie, dass die Häufigkeit der anderen beiden Isotope (1 - 0,00037) = 0,99963 beträgt.