Για την επίλυση προβλημάτων ισοτοπικής αφθονίας, χρησιμοποιείται η μέση ατομική μάζα του δεδομένου στοιχείου και ένας αλγεβρικός τύπος. Δείτε πώς μπορείτε να κάνετε αυτά τα είδη προβλημάτων.
Σχετική Χημεία Αφθονίας
Ο σχετικός ορισμός της αφθονίας στη χημεία είναι το ποσοστό ενός συγκεκριμένου ισότοπου που εμφανίζεται στη φύση. Η ατομική μάζα που αναφέρεται για ένα στοιχείο στον περιοδικό πίνακα είναι μια μέση μάζα όλων των γνωστών ισοτόπων αυτού του στοιχείου.
Θυμηθείτε ότι καθώς ο αριθμός των νετρονίων αλλάζει μέσα στον πυρήνα, η ταυτότητα του στοιχείου παραμένει η ίδια. Μια αλλαγή στον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα σημαίνει ένα ισότοπο: το άζωτο-14, με 7 νετρόνια και το άζωτο-15, με 8 νετρόνια, είναι δύο διαφορετικά ισότοπα του στοιχείου αζώτου.
Για την επίλυση προβλημάτων ισοτοπικής αφθονίας, ένα δεδομένο πρόβλημα θα ζητήσει σχετική αφθονία ή τη μάζα ενός συγκεκριμένου ισότοπου.
Βήμα 1: Βρείτε τη μέση ατομική μάζα
Προσδιορίστε την ατομική μάζα του στοιχείου από το πρόβλημα ισοτοπικής αφθονίας στον περιοδικό πίνακα. Το άζωτο θα χρησιμοποιηθεί ως παράδειγμα: 14,007 amu.
Βήμα 2: Ρύθμιση του σχετικού προβλήματος αφθονίας
Χρησιμοποιήστε τον ακόλουθο τύπο για σχετικά χημικά προβλήματα αφθονίας:
(M1) (x) + (M2) (1-x) = M (E)
- Το Μ1 είναι η μάζα ενός ισότοπου
- x είναι η σχετική αφθονία
- Το Μ2 είναι η μάζα του δεύτερου ισότοπου
- Το M (E) είναι η ατομική μάζα του στοιχείου από τον περιοδικό πίνακα
Παράδειγμα προβλήματος: Εάν οι μάζες ενός ισοτόπου του αζώτου, του αζώτου-14, είναι 14,003 amu και ενός άλλου ισότοπου, του αζώτου-15, είναι 15.000 amu, βρείτε τη σχετική αφθονία των ισοτόπων.
Το πρόβλημα ζητά να λύσει το x, τη σχετική αφθονία. Αντιστοιχίστε ένα ισότοπο ως (M1) και το άλλο ως (M2).
- M1 = 14,003 amu (άζωτο-14)
- x = άγνωστη σχετική αφθονία
- M2 = 15.000 amu (άζωτο-15)
- Μ (Ε) = 14,007 π.μ.
Όταν οι πληροφορίες τοποθετούνται στην εξίσωση, μοιάζει με αυτό:
14.003x + 15.000 (1-x) = 14.007
Γιατί η εξίσωση μπορεί να ρυθμιστεί με αυτόν τον τρόπο: Θυμηθείτε ότι το άθροισμα αυτών των δύο ισοτόπων θα ισούται με το 100 τοις εκατό του συνολικού αζώτου που βρίσκεται στη φύση. Η εξίσωση μπορεί να ρυθμιστεί ως ποσοστό ή δεκαδικό.
Ως ποσοστό, η εξίσωση θα είναι: (x) + (100-x) = 100, όπου το 100 προσδιορίζει το συνολικό ποσοστό στη φύση.
Εάν ορίσετε την εξίσωση ως δεκαδικό, αυτό σημαίνει ότι η αφθονία θα είναι ίση με 1. Η εξίσωση θα γίνει τότε: x + (1 - x) = 1. Σημειώστε ότι αυτή η εξίσωση περιορίζεται σε δύο ισότοπα.
Βήμα 3: Λύστε το x για να λάβετε τη σχετική αφθονία του άγνωστου ισότοπου
Χρησιμοποιήστε την άλγεβρα για να λύσετε το x. Το παράδειγμα αζώτου γίνεται στα παρακάτω βήματα:
- Αρχικά, χρησιμοποιήστε τη διανομή ιδιοτήτων: 14,003x + 15.000 - 15.000x = 14.007
- Τώρα συνδυάστε τους όρους όπως: -0,997x = -0,993
- Λύστε για το x με κατάδυση έως -0,997
x = 0,996
Βήμα 4: Βρείτε το ποσοστό αφθονίας
Δεδομένου ότι x = 0,996, πολλαπλασιάστε με 100 για να πάρετε τοις εκατό: το άζωτο-14 είναι 99,6%.
Δεδομένου ότι (1-x) = (1 - 0,996) = 0,004, πολλαπλασιάστε επί 100: το άζωτο-15 είναι 0,4%.
Η αφθονία του ισοτόπου του αζώτου-14 είναι 99,6 τοις εκατό και η αφθονία του ισοτόπου του αζώτου-15 είναι 0,4 τοις εκατό.
Υπολογισμός σχετικής αφθονίας στη φασματοσκοπία μάζας
Εάν δοθεί ένα φάσμα μάζας του στοιχείου, το σχετικό ποσοστό αφθονίας ισοτόπων συνήθως εμφανίζεται ως κατακόρυφο γράφημα ράβδων. Το σύνολο μπορεί να φαίνεται σαν να ξεπερνά το 100 τοις εκατό, αλλά αυτό συμβαίνει επειδή το φάσμα μάζας λειτουργεί με σχετικό ποσοστό αφθονίας ισοτόπων.
Ένα παράδειγμα θα το καταστήσει σαφές. Ένα σχέδιο ισοτόπων αζώτου θα έδειχνε 100 σχετική αφθονία για το άζωτο-14 και 0,37 για το άζωτο-15. Για να επιλυθεί αυτό, θα δημιουργηθεί μια αναλογία όπως η ακόλουθη:
(σχετική αφθονία ισότοπων στο φάσμα) / (άθροισμα όλων των σχετικών αφθονιών ισοτόπων στο φάσμα)
άζωτο-14 = (100) / (100 + 0,37) = 0,996 ή 99,6%
άζωτο-15 = (0,37) / (100 + 0,37) = 0,004 ή 0,4%