Atomske jezgre sadrže samo protone i neutrone, a svaki od njih ima, prema definiciji, masu od približno 1 jedinicu atomske mase (amu). Atomska težina svakog elementa - koji ne uključuje težine elektrona, koji se smatraju zanemarivima - bi stoga trebala biti cijeli broj. Brzo proučavanje periodnog sustava, međutim, pokazuje da atomske težine većine elemenata sadrže decimalni razlomak. To je zato što je navedena težina svakog elementa prosjek svih prirodnih izotopa tog elementa. Brzi izračun može odrediti postotak zastupljenosti svakog izotopa elementa, pod uvjetom da znate atomske težine izotopa. Budući da su znanstvenici točno izmjerili težinu ovih izotopa, znaju da težine malo variraju od integralnih brojeva. Ako nije potreban visok stupanj točnosti, možete zanemariti ove male frakcijske razlike pri izračunavanju postotaka obilja.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Možete izračunati postotak izotopa u uzorku elementa s više od jednog izotopa sve dok su količine dva ili manje nepoznata.
Što je izotop?
Elementi su navedeni u periodnom sustavu prema broju protona u njihovim jezgrama. Nukleusi također sadrže neutrone, međutim, ovisno o elementu, u jezgri možda neće biti nijedan, jedan, dva, tri ili više neutrona. Na primjer, vodik (H) ima tri izotopa. Jezgra 1H nije ništa drugo nego proton, već jezgra deuterija (2H) sadrži neutron i tritij (3H) sadrži dva neutrona. U prirodi se javlja šest izotopa kalcija (Ca), a za kositar (Sn) taj je broj 10. Izotopi mogu biti nestabilni, a neki su radioaktivni. Nijedan od elemenata koji se javljaju nakon urana (U), koji je 92. u periodnom sustavu, nema više od jednog prirodnog izotopa.
Elementi s dva izotopa
Ako element ima dva izotopa, možete lako postaviti jednadžbu za određivanje relativne zastupljenosti svakog izotopa na temelju težine svakog izotopa (W1 i W2) i težine elementa (We) navedeni u periodnom sustavu. Ako obilje izotopa 1 označite sax, jednadžba je:
W1 • x + W2 • (1 - x) = We
budući da se težine oba izotopa moraju zbrajati da bi se dobila težina elementa. Kad pronađete (x), pomnožite ga sa 100 da biste dobili postotak.
Na primjer, dušik ima dva izotopa, 14N i 15N, a periodni sustav navodi atomsku težinu dušika kao 14.007. Postavljanjem jednadžbe s ovim podacima dobivate: 14x + 15 (1 - x) = 14.007, a rješavajući za (x), nalazite obilje 14N iznosio 0,993 ili 99,3 posto, što znači obilje 15N je 0,7 posto.
Elementi s više od dva izotopa
Kad imate uzorak elementa koji ima više od dva izotopa, možete pronaći obilje dvaju od njih ako znate obilje ostalih.
Kao primjer uzmimo ovaj problem:
Prosječna atomska težina kisika (O) iznosi 15,9994 amu. Ima tri izotopa koja se javljaju u prirodi, 16O, 17O i 18O, a 0,037 posto kisika čini 17O. Ako su atomske težine 16O = 15,995 amu, 17O = 16,999 amu i 18O = 17.999 amu, kolika su obilježja druga dva izotopa?
Da biste pronašli odgovor, pretvorite postotke u decimalne razlomke i imajte na umu da je brojnost ostala dva izotopa (1 - 0,00037) = 0,99963.
Postavite jedno od nepoznatih obilja - recite ono od 16O - biti (x). Drugo nepoznato obilje, ono od 18O, tada je 0,99963 - x.
(atomska težina od 16O) • (delimično obilje od 16O) + (atomska težina od 17O) • (delimično obilje od 17O) + (atomska težina od 18O) • (delimično obilje od 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
Nakon što smo definirali (x) kao obilje 16O, obilje 18O je tada (0,99963 - x) = (0,99963 - 0,9976) = 0,00203
Obilje tri izotopa su tada:
16O = 99,76%
17O = 0,037%
18O = 0,203%