Chaque élément du tableau périodique a un nombre unique de protons chargés positivement dans son noyau, mais le nombre de neutrons, qui n'ont pas de charge, peut varier. Les atomes d'un élément avec différents nombres de neutrons sont des isotopes de cet élément. Tous les éléments sauf 20 ont plus d'un isotope naturel, et certains éléments en ont plusieurs. L'étain (Sn), avec 10 isotopes naturels, est le gagnant dans cette catégorie. Les neutrons ont la même masse que les protons, donc différents isotopes ont des masses atomiques différentes, et l'atome atomique poids d'un élément répertorié dans le tableau périodique est une moyenne de chaque isotope multipliée par son abondance.
Poids atomique = (masse atomique x abondance relative)
Il est possible de calculer mathématiquement les abondances fractionnaires pour les éléments avec deux isotopes en fonction des masses atomiques des isotopes, mais vous avez besoin de techniques de laboratoire pour les éléments avec plus de deux.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Si un élément a deux isotopes, vous pouvez trouver leurs abondances fractionnaires en utilisant les mathématiques. Sinon, vous avez besoin d'un spectromètre de masse.
Calcul des abondances relatives de deux isotopes
Considérons un élément avec deux isotopes de masses m1 et M2. Leurs abondances fractionnaires doivent être égales à 1, donc si l'abondance du premier est x, l'abondance du second est 1 - x. Ça signifie
Poids atomique = m1x + m2(1 fois).
Simplifier et résoudre pour x :
x = (Poids atomique - m2) ÷ (m1 - m2)
La quantité x est l'abondance fractionnaire de l'isotope de masse m1.
Exemple de calcul
Le chlore a deux isotopes naturels: 35Cl, avec une masse de 34,9689 amu (unités de masse atomique) et 37Cl, avec une masse de 36,9659 amu. Si le poids atomique du chlore est de 35,46 amu, quelles sont les fractions d'abondance de chaque isotope ?
Soit x l'abondance fractionnaire de 35Cl. D'après l'équation ci-dessus, si l'on laisse la masse de 35Cl être m1 et celui de 37Cl être m2, on a:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911/1,997 = -1,5059/-1,997 = 0,756
L'abondance fractionnaire de 35Cl est de 0,756 et celui de 37Cl est 0,244.
Plus de deux isotopes
Les scientifiques déterminent les abondances relatives d'éléments avec plus de deux isotopes en laboratoire à l'aide d'une technique appelée spectrométrie de masse. Ils vaporisent un échantillon contenant l'élément et le bombardent d'électrons à haute énergie. Celui-ci charge les particules, qui sont elles dirigées à travers un champ magnétique qui les dévie. Les isotopes les plus lourds sont plus déviés que les plus légers. Le spectromètre mesure le rapport masse/charge de chaque isotope qu'il détecte, mesure les nombres de chacun et les affiche sous la forme d'une série de lignes, appelée spectre. Le spectre est comme un graphique à barres qui trace le rapport masse-charge par rapport à l'abondance relative.