Svaki element u periodnom sustavu ima jedinstveni broj pozitivno nabijenih protona u svojoj jezgri, ali broj neutrona koji nemaju naboj može varirati. Atomi elementa s različitim brojem neutrona izotopi su tog elementa. Svi osim 20 elemenata imaju više od jednog izotopa koji se javlja u prirodi, a neki elementi imaju mnogo. Kositar (Sn), s 10 prirodnih izotopa, pobjednik je u ovoj kategoriji. Neutroni imaju istu masu kao i protoni, pa različiti izotopi imaju različitu atomsku masu i atomsku težina elementa navedenog u periodnom sustavu prosjek je svakog izotopa pomnoženog s njegovim obilje.
Atomska težina = ∑ (atomska masa x relativni broj)
Moguće je matematički izračunati frakcijsku količinu elemenata s dva izotopa na temelju atomskih masa izotopa, ali trebaju vam laboratorijske tehnike za elemente s više od dva.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Ako element ima dva izotopa, njegovu frakcijsku količinu možete pronaći pomoću matematike. Inače vam je potreban spektrometar mase.
Izračunavanje relativne obilnosti dvaju izotopa
Razmotrimo element s dva izotopa mase m1 i m2. Njihova djelomicna brojnost mora biti jednaka 1, pa ako je obilje prve x, obilje druge je 1 - x. To znači
Atomska težina = m1x + m2(1 - x).
Pojednostavljivanje i rješavanje x:
x = (Atomska težina - m2) ÷ (m1 - m2)
Količina x frakcijska je izotopa mase m1.
Izračun uzorka
Klor ima dva prirodna izotopa: 35Cl, mase 34,9689 amu (atomske jedinice mase) i 37Cl, s masom od 36,9659 amu. Ako je atomska težina klora 35,46 amu, kolika je frakcijska količina svakog izotopa?
Neka je x razlomljeno obilje broja 35Kl. Prema gornjoj jednadžbi, ako pustimo masu od 35Cl biti m1 i to od 37Cl biti m2, dobivamo:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Djelomično obilje 35Cl je 0,756 i onaj od 37Cl je 0,244.
Više od dva izotopa
Znanstvenici određuju relativnu zastupljenost elemenata s više od dva izotopa u laboratoriju tehnikom koja se naziva masena spektrometrija. Isparavaju uzorak koji sadrži element i bombardiraju ga visokoenergijskim elektronima. To nabije čestice koje su usmjerene kroz magnetsko polje koje ih odbija. Teži izotopi više se skreću od lakših. Spektrometar mjeri omjer mase i naboja svakog izotopa koji otkriva, kao i mjereći brojeve svakog i prikazujući ih kao niz linija, koji se nazivaju spektar. Spektar je poput trakastog grafikona koji crta omjer mase i naboja prema relativnom obilju.