Κάθε στοιχείο στον περιοδικό πίνακα έχει έναν μοναδικό αριθμό θετικών φορτισμένων πρωτονίων στον πυρήνα του, αλλά ο αριθμός των νετρονίων, που δεν έχουν φορτίο, μπορεί να ποικίλει. Τα άτομα ενός στοιχείου με διαφορετικούς αριθμούς νετρονίων είναι ισότοπα αυτού του στοιχείου. Όλα τα στοιχεία εκτός από 20 έχουν περισσότερα από ένα φυσικά ισότοπα και ορισμένα στοιχεία έχουν πολλά. Ο κασσίτερος (Sn), με 10 φυσικά ισότοπα, είναι ο νικητής σε αυτήν την κατηγορία. Τα νετρόνια έχουν την ίδια μάζα με τα πρωτόνια, έτσι διαφορετικά ισότοπα έχουν διαφορετικές ατομικές μάζες και τα ατομικά Το βάρος ενός στοιχείου που αναφέρεται στον περιοδικό πίνακα είναι ο μέσος όρος κάθε ισότοπου πολλαπλασιασμένο επί του αφθονία.
Ατομικό βάρος = ∑ (ατομική μάζα x σχετική αφθονία)
Είναι δυνατόν να υπολογιστεί μαθηματικά οι κλασματικές αφθονίες για στοιχεία με δύο ισότοπα με βάση τις ατομικές μάζες των ισοτόπων, αλλά χρειάζεστε εργαστηριακές τεχνικές για στοιχεία με περισσότερα από δύο.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Εάν ένα στοιχείο έχει δύο ισότοπα, μπορείτε να βρείτε την κλασματική αφθονία τους χρησιμοποιώντας μαθηματικά. Διαφορετικά, χρειάζεστε φασματόμετρο μάζας.
Υπολογισμός σχετικών αφθονιών δύο ισοτόπων
Σκεφτείτε ένα στοιχείο με δύο ισότοπα μάζας m1 και μ2. Οι κλασματικές αφθονίες τους πρέπει να είναι ίσες με 1, οπότε αν η αφθονία του πρώτου είναι x, η αφθονία του δεύτερου είναι 1 - x. Αυτό σημαίνει
Ατομικό βάρος = m1x + μ2(1 - x).
Απλοποίηση και επίλυση για x:
x = (Ατομικό βάρος - m2) ÷ (μ1 - Μ2)
Η ποσότητα x είναι η κλασματική αφθονία του ισοτόπου με μάζα m1.
Υπολογισμός δείγματος
Το χλώριο έχει δύο φυσικά ισότοπα: 35Cl, με μάζα 34.9689 amu (μονάδες ατομικής μάζας) και 37Cl, με μάζα 36.9659 amu. Εάν το ατομικό βάρος του χλωρίου είναι 35,46 amu, ποιες είναι οι κλασματικές αφθονίες κάθε ισότοπου;
Αφήστε το x να είναι η κλασματική αφθονία του 35Κλ. Σύμφωνα με την παραπάνω εξίσωση, εάν αφήσουμε τη μάζα 35Cl είναι μ1 και αυτό του 37Cl είναι μ2, παίρνουμε:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Η κλασματική αφθονία του 35Το Cl είναι 0,756 και εκείνο του 37Το Cl είναι 0,244.
Περισσότερα από δύο ισότοπα
Οι επιστήμονες προσδιορίζουν τη σχετική αφθονία στοιχείων με περισσότερα από δύο ισότοπα στο εργαστήριο χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται φασματομετρία μάζας. Εξατμίζουν ένα δείγμα που περιέχει το στοιχείο και το βομβαρδίζουν με ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Αυτό φορτίζει τα σωματίδια, τα οποία κατευθύνονται μέσω ενός μαγνητικού πεδίου που τα εκτρέπει. Τα βαρύτερα ισότοπα εκτρέπονται περισσότερο από τα ελαφρύτερα. Το φασματόμετρο μετρά την αναλογία μάζας προς φόρτιση κάθε ισότοπου που ανιχνεύει, καθώς και τη μέτρηση των αριθμών του καθενός και την εμφάνιση αυτών ως μια σειρά γραμμών, που ονομάζεται φάσμα. Το φάσμα είναι σαν ένα γράφημα ράβδων που απεικονίζει την αναλογία μάζας προς φόρτιση έναντι της σχετικής αφθονίας.