Aatomite tuumad sisaldavad ainult prootoneid ja neutroneid ning igaühel neist on definitsiooni järgi mass umbes 1 aatommassiühik (amu). Iga elemendi aatommass - mis ei hõlma ebaoluliseks peetavate elektronide kaalu - peaks seega olema täisarv. Perioodilise tabeli kiire tutvumine näitab aga, et enamiku elementide aatommassid sisaldavad kümnendmurdu. Seda seetõttu, et iga elemendi loetletud mass on selle elemendi kõigi looduslikult esinevate isotoopide keskmine. Kiire arvutuse abil saab määrata elemendi iga isotoobi protsentuaalse arvukuse, kui teate isotoopide aatommassi. Kuna teadlased on nende isotoopide massi täpselt mõõtnud, teavad nad, et kaalud erinevad integraalarvudest veidi. Kui pole vaja suurt täpsust, võite arvukuse protsentide arvutamisel ignoreerida neid väikeseid murdeerinevusi.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Saate arvutada rohkem kui ühe isotoopiga elemendi proovis olevate isotoopide arvukuse protsentides, kuni kahe või enama isendi arvukus on teadmata.
Mis on isotoop?
Elemendid on perioodilisustabelis loetletud vastavalt nende tuumades olevate prootonite arvule. Tuumades on aga ka neutroneid ja sõltuvalt elemendist ei pruugi tuumas olla ühtegi, ühte, kahte, kolme või enamat neutronit. Näiteks vesinikul (H) on kolm isotoopi. Tuum
1H pole midagi muud kui prooton, vaid deuteeriumi tuum (2H) sisaldab neutronit ja triitiumi (3H) sisaldab kahte neutronit. Looduses esineb kuus kaltsiumi (Ca) isotoopi ja tina (Sn) korral on see arv 10. Isotoopid võivad olla ebastabiilsed ja mõned neist on radioaktiivsed. Ühelgi elemendil, mis esineb pärast perioodilises tabelis 92. kohal olevat Uraani (U), pole rohkem kui ühte looduslikku isotoopi.Kahe isotoopiga elemendid
Kui elemendil on kaks isotoopi, saate hõlpsasti seadistada võrrandi, et määrata iga isotoobi suhteline arvukus iga isotoobi massi põhjal (W1 ja W2) ja elemendi kaal (We), mis on loetletud perioodilisustabelis. Kui tähistate isotoobi 1 rohkust väärtusegax, võrrand on:
W1 • x + W2 • (1 - x) = We
kuna elemendi kaalu saamiseks tuleb mõlema isotoobi kaal lisada. Kui leiate (x), korrutage see protsendi saamiseks 100-ga.
Näiteks lämmastikul on kaks isotoopi, 14N ja 15N ja perioodilisustabelis on lämmastiku aatommass märgitud 14,007. Nende andmetega võrrandi seadistamisel saate: 14x + 15 (1 - x) = 14.007 ja lahendades (x) leiad arvukuse 14N on 0,993 ehk 99,3 protsenti, mis tähendab nende arvukust 15N on 0,7 protsenti.
Elemendid, millel on rohkem kui kaks isotoopi
Kui teil on proovi elemendist, millel on rohkem kui kaks isotoopi, leiate neist kahe arvukuse, kui teate teiste arvukust.
Vaatleme näiteks seda probleemi:
Hapniku (O) keskmine aatommass on 15,9994 amu. Sellel on kolm looduslikult esinevat isotoopi, 16O, 17O ja 18O ja 0,037 protsenti hapnikust koosneb 17O. Kui aatommassid on 16O = 15,995 amu, 17O = 16,999 amu ja 18O = 17,999 amu, kui palju on ülejäänud kahte isotoopi?
Vastuse leidmiseks teisendage protsendid kümnendmurdudeks ja pange tähele, et ülejäänud kahe isotoobi arvukus on (1 - 0,00037) = 0,99963.
Pange üks tundmatutest arvukustest - öelge see 16O - olema (x). Teine tundmatu arvukus, see 18O on siis 0,99963 - x.
(aatommass 16O) • (murdarvuline arvukus 16O) + (aatommass 17O) • (murdarvuline arvukus 17O) + (aatommass 18O) • (murdarvuline arvukus 18O) = 15,9994
(15.995) • (x) + (16.999) • (0.00037) + (17.999) • (0.99963 - x) = 15.9994
15.995x - 17.999x = 15.9994 - (16.999) • (0.00037) - (17.999) (0.99963)
x = 0,9976
Olles määratlenud (x) kui arvukuse 16O, arvukus 18O on siis (0,99963 - x) = (0,99963 - 0,9976) = 0,00203
Kolme isotoobi arvukus on siis järgmine:
16O = 99,76%
17O = 0,037%
18O = 0,203%