Setiap elemen dalam tabel periodik memiliki jumlah unik proton bermuatan positif dalam intinya, tetapi jumlah neutron, yang tidak bermuatan, dapat bervariasi. Atom suatu unsur dengan jumlah neutron yang berbeda adalah isotop dari unsur tersebut. Semua kecuali 20 elemen memiliki lebih dari satu isotop alami, dan beberapa elemen memiliki banyak. Timah (Sn), dengan 10 isotop alami, adalah pemenang dalam kategori ini. Neutron memiliki massa yang sama dengan proton, sehingga isotop yang berbeda memiliki massa atom yang berbeda, dan atom berat suatu unsur yang tercantum dalam tabel periodik adalah rata-rata setiap isotop dikalikan dengan kelimpahan.
Berat atom = (massa atom x kelimpahan relatif)
Dimungkinkan untuk menghitung kelimpahan fraksional secara matematis untuk elemen dengan dua isotop berdasarkan massa atom isotop, tetapi Anda memerlukan teknik lab untuk elemen dengan lebih dari dua.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Jika suatu unsur memiliki dua isotop, Anda dapat menemukan kelimpahan pecahannya menggunakan matematika. Jika tidak, Anda memerlukan spektrometer massa.
Menghitung Kelimpahan Relatif Dua Isotop
Pertimbangkan sebuah elemen dengan dua isotop bermassa m1 dan saya2. Kelimpahan pecahan mereka harus dijumlahkan dengan 1, jadi jika kelimpahan yang pertama adalah x, kelimpahan yang kedua adalah 1 - x. Ini berarti
Berat atom = m1x + m2(1 - x).
Penyederhanaan dan penyelesaian untuk x:
x = (Berat atom - m2) (m1 - saya2)
Kuantitas x adalah kelimpahan fraksional dari isotop dengan massa m1.
Perhitungan Sampel
Klorin memiliki dua isotop alami: 35Cl, dengan massa 34,9689 sma (satuan massa atom) dan 37Cl, dengan massa 36,9659 sma. Jika berat atom klorin adalah 35,46 sma, berapa fraksi kelimpahan masing-masing isotop?
Misalkan x adalah kelimpahan pecahan dari 35Kl. Menurut persamaan di atas, jika kita membiarkan massa 35Cl menjadi m1 dan itu 37Cl menjadi m2, kita mendapatkan:
x = (35,46 - 36,9659) (34,9689 - 36,9659) = 0,5911/1,997 = -1,5059/-1,997 = 0,756
Kelimpahan pecahan dari 35Cl adalah 0,756 dan 37Cl adalah 0,244.
Lebih dari Dua Isotop
Para ilmuwan menentukan kelimpahan relatif unsur-unsur dengan lebih dari dua isotop di laboratorium menggunakan teknik yang disebut spektrometri massa. Mereka menguapkan sampel yang mengandung elemen dan membombardirnya dengan elektron berenergi tinggi. Ini mengisi partikel, yang diarahkan melalui medan magnet yang membelokkannya. Isotop yang lebih berat dibelokkan lebih banyak daripada yang lebih ringan. Spektrometer mengukur rasio massa terhadap muatan dari setiap isotop yang dideteksinya serta mengukur jumlah masing-masing dan menampilkannya sebagai rangkaian garis, yang disebut spektrum. Spektrum seperti grafik batang yang memplot rasio massa terhadap muatan terhadap kelimpahan relatif.