כיצד למצוא שפע חלקי של איזוטופ

לכל יסוד בטבלה המחזורית יש מספר ייחודי של פרוטונים בעלי טעינה חיובית בגרעין שלו, אך מספר הנויטרונים, שאין להם מטען, יכול להשתנות. אטומים של יסוד עם מספר שונה של נויטרונים הם איזוטופים של אותו יסוד. לכל היסודות מלבד 20 יש יותר מאיזוטופ טבעי המופיע באופן טבעי, ובכמה אלמנטים יש רבים. פח (Sn), עם 10 איזוטופים טבעיים, הוא המנצח בקטגוריה זו. לנייטרונים מסה זהה לפרוטונים, ולכן איזוטופים שונים הם בעלי מסות אטומיות שונות, והאטום משקל של אלמנט המופיע בטבלה המחזורית הוא ממוצע של כל איזוטופ כפול שלו שפע.

משקל אטומי = ∑ (מסת אטומית x שפע יחסי)

ניתן לחשב מתמטית שפע שבר עבור יסודות עם שני איזוטופים על בסיס המסה האטומית של האיזוטופים, אך אתה זקוק לטכניקות מעבדה עבור יסודות עם יותר משניים.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

אם לאלמנט יש שני איזוטופים, אתה יכול למצוא את השפע החלקי שלהם באמצעות מתמטיקה. אחרת, אתה צריך ספקטרומטר מסה.

שקול אלמנט עם שני איזוטופים של מסה מ '₁ ו מ₂. השפע החלקי שלהם חייב להוסיף לשווה 1, כך שאם השפע של הראשון הוא x, השפע של השני הוא 1 - x. זה אומר

משקל אטומי = מ '₁x + m₂(1 - x).

פישוט ופתרון עבור x:

x = (משקל אטומי - מ '₂) ÷ (מ '₁ - M₂)

הכמות x היא השפע החלקי של האיזוטופ עם המסה m₁.

לכלור שני איזוטופים המופיעים באופן טבעי: ³⁵Cl, עם מסה של 34.9689 אמו (יחידות מסה אטומית) ו ³⁷Cl, עם מסה של 36.9659 אמו. אם המשקל האטומי של כלור הוא 35.46 אמו, מהם השפע החלקי של כל איזוטופ?

תן ל- x להיות השפע החלקי של ³⁵קל. על פי המשוואה לעיל, אם נאפשר למסה של ³⁵קל להיות מ₁ וזה של ³⁷קל להיות מ₂, אנחנו מקבלים:

x = (35.46 - 36.9659) ÷ (34.9689 - 36.9659) = 0.5911 / 1.997 = -1.5059 / -11.997 = 0.756

השפע החלקי של ³⁵Cl הוא 0.756 וזה של ³⁷Cl הוא 0.244.

מדענים קובעים שפע יחסי של יסודות עם יותר משני איזוטופים במעבדה באמצעות טכניקה הנקראת ספקטרומטריית מסה. הם מאדים דגימה המכילה את היסוד ומפציצים אותו באלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה. זה מטעין את החלקיקים, שהם מכוונים דרך שדה מגנטי שמסיט אותם. האיזוטופים הכבדים מוסטים יותר מהקלים יותר. הספקטרומטר מודד את יחס המסה לטעינה של כל איזוטופ שהוא מזהה וכן מודד את המספרים של כל אחד מהם ומציג אותם כסדרת קווים, הנקראת ספקטרום. הספקטרום הוא כמו תרשים עמודות שמתווה יחס מסה לטעינה מול שפע יחסי.