原子核には陽子と中性子のみが含まれており、これらのそれぞれの質量は、定義上、約1原子質量単位(amu)です。 したがって、無視できると見なされる電子の重量を含まない各元素の原子量は整数である必要があります。 しかし、周期表をざっと見てみると、ほとんどの元素の原子質量には小数が含まれていることがわかります。 これは、リストされている各元素の重量が、その元素のすべての天然同位体の平均であるためです。 同位体の原子重量がわかっている場合は、簡単な計算で元素の各同位体の存在比を決定できます。 科学者はこれらの同位体の重量を正確に測定しているため、重量が整数とわずかに異なることを知っています。 高度な精度が必要でない限り、存在率を計算するときにこれらのわずかな分数の違いを無視できます。
TL; DR(長すぎる; 読んでいない)
2つ以下の存在比が不明である限り、複数の同位体を含む元素のサンプル中の同位体の存在比を計算できます。
同位体とは何ですか?
元素は、原子核内の陽子の数に応じて周期表に記載されています。 原子核にも中性子が含まれていますが、元素によっては、原子核に中性子がない、1つ、2つ、3つ、またはそれ以上ある場合があります。 たとえば、水素(H)には3つの同位体があります。 の核 1Hは陽子に他なりませんが、重水素の核です(2H)中性子とトリチウム(3H)2つの中性子が含まれています。 自然界にはカルシウム(Ca)の6つの同位体が存在し、スズ(Sn)の場合は10です。 同位体は不安定である可能性があり、一部は放射性です。 周期表の92番目であるウラン(U)の後に発生する元素のいずれも、複数の天然同位体を持っていません。
2つの同位体を持つ要素
元素に2つの同位体がある場合、各同位体の重量(W)に基づいて、各同位体の相対的な存在量を決定する方程式を簡単に設定できます。1 とW2)および要素の重量(We)周期表に記載されています。 同位体1の存在比を次のように表すとバツ、方程式は次のとおりです。
W1 •x + W2 •(1-x)= We
元素の重量を与えるために、両方の同位体の重量を加算する必要があるためです。 (x)が見つかったら、100を掛けてパーセンテージを求めます。
たとえば、窒素には2つの同位体があります。 14Nと 15Nであり、周期表には窒素の原子量が14.007と記載されています。 このデータを使用して方程式を設定すると、次のようになります。14x+ 15(1-x)= 14.007、および(x)を解くと、
14Nは0.993、つまり99.3パーセントであり、これは 15Nは0.7パーセントです。2つ以上の同位体を持つ元素
3つ以上の同位体を持つ元素のサンプルがある場合、他の同位体の存在量がわかっていれば、そのうちの2つの同位体の存在量を見つけることができます。
例として、この問題を考えてみましょう。
酸素(O)の平均原子量は15.9994amuです。 天然に存在する3つの同位体があります。 16O、 17Oと 18O、および酸素の0.037パーセントはで構成されています 17O。 原子質量が 16O = 15.995 amu、 17O = 16.999amuおよび 18O = 17.999 amu、他の2つの同位体の存在量はどれくらいですか?
答えを見つけるには、パーセンテージを小数に変換し、他の2つの同位体の存在比が(1-0.00037)= 0.99963であることに注意してください。
未知の存在量の1つを設定します– 16O –(x)になります。 他の未知の存在量、 18Oは、0.99963-xです。
(の原子量 16O)•(わずかな存在比 16O)+(の原子量 17O)•(わずかな存在比 17O)+(の原子量 18O)•(わずかな存在比 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
(x)をの存在量として定義した 16O、豊富な 18その場合、Oは(0.99963-x)=(0.99963-0.9976)= 0.00203
その場合、3つの同位体の存在量は次のようになります。
16O = 99.76%
17O = 0.037%
18O = 0.203%