A periódusos rendszer minden elemének egyedülálló számú pozitív töltésű protonja van a magjában, de a töltés nélküli neutronok száma változhat. Különböző neutronszámú elem atomjai az adott elem izotópjai. 20 elem kivételével mindegyiknek egynél több természetesen előforduló izotópja van, és egyes elemeknek sok van. Az ón (Sn) 10 természetes izotóppal a győztes ebben a kategóriában. A neutronok tömege megegyezik a protonokéval, ezért a különböző izotópok atomtömege és atomja eltérő A periódusos rendszerben felsorolt elemek súlya az egyes izotópok átlaga, szorozva azokkal bőség.
Atomsúly = ∑ (atomtömeg x relatív bőség)
Matematikailag kiszámítható a két izotóppal rendelkező elemek töredékbősége az izotópok atomi tömege alapján, de laboratóriumi technikákra van szükség a kettőnél többel rendelkező elemekhez.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Ha egy elemnek két izotópja van, akkor a matematika segítségével megtalálhatja a töredékbőségüket. Ellenkező esetben tömegspektrométerre van szükség.
Két izotóp relatív bőségének kiszámítása
Tekintsünk egy elemet, amelynek két m tömegű izotópja van1 és M2. A töredékbőségüknek hozzá kell adódnia az 1-hez, tehát ha az első bősége x, akkor a második bősége 1 - x. Ez azt jelenti, hogy
Atomsúly = m1x + m2(1 - x).
Az x egyszerűsítése és megoldása:
x = (atomtömeg - m2) ÷ (m1 - m2)
Az x mennyiség az m tömegű izotóp részaránya1.
Minta számítás
A klórnak két természetben előforduló izotópja van: 35Cl, amelynek tömege 34,9689 amu (atomtömeg-egység) és 37Cl, amelynek tömege 36,9659 amu. Ha a klór atomtömege 35,46 amu, akkor mekkora az egyes izotópok frakcionális bősége?
Legyen x a tört töredéke 35Cl. A fenti egyenlet szerint, ha megengedjük a tömegét 35Cl be m1 és az 37Cl be m2, kapunk:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
A töredékes bősége 35Cl értéke 0,756 és a 37Cl értéke 0,244.
Több mint két izotóp
A tudósok a tömegspektrometriának nevezett technikával meghatározzák a laboratóriumban a kettőnél több izotóppal rendelkező elemek relatív bőségét. Elpárologtatják az elemet tartalmazó mintát, és nagy energiájú elektronokkal bombázzák. Ez feltölti a részecskéket, amelyek egy mágneses téren keresztül irányítják őket, amely eltéríti őket. A nehezebb izotópok jobban elhajlanak, mint a könnyebbek. A spektrométer megméri az egyes észlelt izotópok tömeg / töltés arányát, valamint megméri az egyes számok számát, és ezeket vonalak sorozataként jeleníti meg, amelyeket spektrumnak nevezünk. A spektrum olyan, mint egy oszlopdiagram, amely a tömeg / töltés arányt ábrázolja a relatív bőséggel szemben.