Inti atom hanya mengandung proton dan neutron, dan masing-masing memiliki, menurut definisi, massa sekitar 1 satuan massa atom (sma). Berat atom setiap elemen – yang tidak termasuk berat elektron, yang dianggap dapat diabaikan – oleh karena itu harus berupa bilangan bulat. Namun, pembacaan cepat tabel periodik menunjukkan bahwa berat atom sebagian besar unsur mengandung pecahan desimal. Ini karena berat yang terdaftar dari setiap elemen adalah rata-rata dari semua isotop alami dari elemen tersebut. Perhitungan cepat dapat menentukan persentase kelimpahan setiap isotop suatu unsur, asalkan Anda mengetahui berat atom dari isotop tersebut. Karena para ilmuwan telah secara akurat mengukur berat isotop-isotop ini, mereka mengetahui bahwa beratnya sedikit berbeda dari bilangan integral. Kecuali jika tingkat akurasi yang tinggi diperlukan, Anda dapat mengabaikan sedikit perbedaan fraksional ini saat menghitung persentase kelimpahan.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Anda dapat menghitung persen kelimpahan isotop dalam sampel unsur dengan lebih dari satu isotop selama kelimpahan dua atau lebih sedikit tidak diketahui.
Apa Itu Isotop?
Unsur-unsur tercantum dalam tabel periodik sesuai dengan jumlah proton dalam intinya. Nukleus juga mengandung neutron, dan tergantung pada elemennya, mungkin tidak ada satu, dua, tiga atau lebih neutron di dalam nukleus. Hidrogen (H), misalnya, memiliki tiga isotop. Inti dari 1H tidak lain adalah proton, tetapi inti deuterium (2H) mengandung neutron dan tritium (3H) mengandung dua neutron. Enam isotop kalsium (Ca) terdapat di alam, dan untuk timah (Sn), jumlahnya adalah 10. Isotop mungkin tidak stabil, dan beberapa bersifat radioaktif. Tak satu pun dari unsur-unsur yang muncul setelah Uranium (U), yang menempati urutan ke-92 dalam tabel periodik, memiliki lebih dari satu isotop alami.
Elemen Dengan Dua Isotop
Jika suatu unsur memiliki dua isotop, Anda dapat dengan mudah membuat persamaan untuk menentukan kelimpahan relatif masing-masing isotop berdasarkan berat masing-masing isotop (W1 dan W2) dan berat elemen (We) yang tercantum dalam tabel periodik. Jika Anda menunjukkan kelimpahan isotop 1 denganx, persamaannya adalah:
W1 • x + W2 • (1 - x) = We
karena bobot kedua isotop harus ditambahkan untuk memberikan bobot elemen. Setelah Anda menemukan (x), kalikan dengan 100 untuk mendapatkan persentase.
Misalnya, nitrogen memiliki dua isotop, 14N dan 15N, dan tabel periodik mencantumkan berat atom nitrogen sebagai 14,007. Menyiapkan persamaan dengan data ini, Anda mendapatkan: 14x + 15(1 - x) = 14,007, dan penyelesaian untuk (x), Anda menemukan kelimpahan 14N menjadi 0,993, atau 99,3 persen, yang berarti kelimpahan 15N adalah 0,7 persen.
Elemen Dengan Lebih dari Dua Isotop
Bila Anda memiliki sampel unsur yang memiliki lebih dari dua isotop, Anda dapat menemukan kelimpahan dua di antaranya jika Anda mengetahui kelimpahan yang lain.
Sebagai contoh, pertimbangkan masalah ini:
Berat atom rata-rata oksigen (O) adalah 15,9994 sma. Ia memiliki tiga isotop alami, 16HAI, 17O dan 18O, dan 0,037 persen oksigen terdiri dari 17HAI. Jika berat atom adalah 16O = 15,995 sma, 17O = 16.999 sma dan 18O = 17.999 sma, berapakah kelimpahan dua isotop lainnya?
Untuk menemukan jawabannya, ubah persentase menjadi pecahan desimal dan perhatikan bahwa kelimpahan dua isotop lainnya adalah (1 - 0,00037) = 0,99963.
Tetapkan salah satu kelimpahan yang tidak diketahui – katakan bahwa dari 16O – menjadi (x). Kelimpahan lain yang tidak diketahui, yaitu 18O, maka 0,99963 - x.
(berat atom 16O) • (kelimpahan pecahan dari 16O) + (berat atom 17O) • (kelimpahan pecahan dari 17O) + (berat atom 18O) • (kelimpahan pecahan dari 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
Setelah didefinisikan (x) sebagai kelimpahan dari 16O, kelimpahan 18O adalah (0,99963 - x) = (0,99963 - 0,9976) = 0,00203
Kelimpahan ketiga isotop tersebut adalah:
16O = 99,76%
17O = 0,037%
18O = 0,203%