იზოტოპური სიჭარბის პრობლემების გადასაჭრელად გამოიყენება მოცემული ელემენტის საშუალო ატომური მასა და ალგებრული ფორმულა. აქ მოცემულია, თუ როგორ შეგიძლიათ ამ ტიპის პრობლემების მოგვარება.
ფარდობითი სიუხვის ქიმია
ქიმიაში ფარდობითი სიჭარბის განმარტება არის კონკრეტული იზოტოპის პროცენტი, რომელიც ხდება ბუნებაში. პერიოდული ცხრილის ელემენტისთვის ჩამოთვლილი ატომური მასა არის ამ ელემენტის ყველა ცნობილი იზოტოპის საშუალო მასა.
გახსოვდეთ, რომ ნეიტრონების რაოდენობა იცვლება ბირთვში, ელემენტის ვინაობა იგივე რჩება. ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობის ცვლილება ნიშნავს იზოტოპი: აზოტი -14, 7 ნეიტრონით და აზოტ -15, 8 ნეიტრონით, აზოტის ელემენტის ორი განსხვავებული იზოტოპია.
იზოტოპური სიჭარბის პრობლემების გადასაჭრელად, მოცემული პრობლემა ითხოვს ფარდობით სიმრავლეს ან კონკრეტული იზოტოპის მასას.
ნაბიჯი 1: იპოვნეთ საშუალო ატომური მასა
განსაზღვრეთ ელემენტის ატომური მასა პერიოდული ცხრილის იზოტოპური სიჭარბის პრობლემიდან. აზოტი გამოყენებული იქნება მაგალითად: 14.007 amu.
ნაბიჯი 2: დააყენეთ შეფარდებითი სიჭარბის პრობლემა
გამოიყენეთ შემდეგი ფორმულა ფარდობითი სიმრავლის ქიმიის პრობლემებისათვის:
(M1) (x) + (M2) (1-x) = M (E)
- M1 არის ერთი იზოტოპის მასა
- x არის შედარებით სიმრავლე
- M2 არის მეორე იზოტოპის მასა
- M (E) არის ელემენტის ატომური მასა პერიოდული სისტემიდან
პრობლემის მაგალითი: თუ აზოტის, აზოტ -14 ერთი იზოტოპის მასა არის 14.003 amu და სხვა იზოტოპი, აზოტი -15, 15.000 amu, იპოვნეთ იზოტოპების შედარებით სიმრავლე.
პრობლემა ითხოვს x– ს გადაჭრას, შედარებით სიმრავლეს. მიანიჭეთ ერთ იზოტოპს (M1) და მეორეს როგორც (M2).
- M1 = 14.003 amu (აზოტი -14)
- x = უცნობი ფარდობითი სიმრავლე
- M2 = 15.000 amu (აზოტი -15)
- M (E) = 14.007 amu
როდესაც ინფორმაცია განტოლებაში მოთავსდება, ასე გამოიყურება:
14.003x + 15.000 (1-x) = 14.007
რატომ შეიძლება განტოლების დაყენება ამ გზით: შეგახსენებთ, რომ ამ ორი იზოტოპის ჯამი უდრის მთლიანი აზოტის 100 პროცენტს ბუნებაში. განტოლება შეიძლება შეიქმნას პროცენტულად ან როგორც ათობითი.
პროცენტულად, განტოლება იქნება: (x) + (100-x) = 100, სადაც 100 აღნიშნავს ბუნების მთლიან პროცენტს.
თუ განტოლებას ათწილადად დააყენებთ, ეს ნიშნავს, რომ სიმრავლე უდრის 1-ს. შემდეგ განტოლება გახდება: x + (1 - x) = 1. გაითვალისწინეთ, რომ ეს განტოლება შემოიფარგლება ორი იზოტოპით.
ნაბიჯი 3: ამოხსენით x- ს, რომ მიიღოთ უცნობი იზოტოპის შესაბამისი სიჭარბე
გამოიყენეთ ალგებრა x– ს გადასაჭრელად. აზოტის მაგალითი მზადდება ქვემოთ მოცემულ ეტაპებზე:
- პირველ რიგში, გამოიყენეთ სადისტრიბუციო თვისება: 14.003x + 15.000 - 15.000x = 14.007
- ახლა დააკავშირე მსგავსი ტერმინები: -0,997x = -0,993
- გადაჭერით x– სთვის ჩაყვინთვის გზით –0,997 – ით
x = 0,996
ნაბიჯი 4: იპოვნეთ პროცენტული სიმრავლე
X = 0.996-დან გამრავლებული 100-ზე პროცენტის მისაღებად: აზოტი -14 არის 99.6%.
ვინაიდან (1-x) = (1 - 0,996) = 0,004, გამრავლებული 100-ზე: აზოტი -15 არის 0,4%.
აზოტ –14 იზოტოპის სიჭარბე 99,6 პროცენტია, ხოლო აზოტ –15 იზოტოპის სიმრავლე 0,4 პროცენტია.
ფარდობითი სიმრავლის გაანგარიშება მასის სპექტროსკოპიაში
თუ მოცემულია ელემენტის მასობრივი სპექტრი, ფარდობითი პროცენტული იზოტოპების სიმრავლე ჩვეულებრივ წარმოდგენილია ვერტიკალური ზოლის გრაფიკით. შეიძლება ჩანდეს, რომ იგი 100 პროცენტს აჭარბებს, მაგრამ ეს იმიტომ ხდება, რომ მასობრივი სპექტრი შედარებით იზოტოპური სიმრავლით მუშაობს.
ამის მაგალითი ცხადყოფს ამას. აზოტის იზოტოპის ნიმუში აჩვენებს აზოტის 14-ის 100 და აზოტ -15-ისთვის 0,37 ფარდობით სიჭარბეს. ამის გადასაჭრელად შეიქმნება თანაფარდობა, როგორიცაა შემდეგი:
(იზოტოპების ფარდობით სიმრავლე სპექტრზე) / (სპექტრზე იზოტოპების ფარდობითი სიმრავლის ჯამი)
აზოტი -14 = (100) / (100 + 0.37) = 0.996 ან 99.6%
აზოტი -15 = (0.37) / (100 + 0.37) = 0.004 ან 0.4%