Kiekvieno periodinės lentelės elemento branduolyje yra unikalus teigiamai įkrautų protonų skaičius, tačiau neutronų, neturinčių krūvio, skaičius gali skirtis. Elemento atomai su skirtingu neutronų skaičiumi yra to elemento izotopai. Visi elementai, išskyrus 20, turi daugiau nei vieną natūraliai atsirandantį izotopą, o kai kurie elementai turi daug. Alavas (Sn) su 10 natūralių izotopų yra šios kategorijos nugalėtojas. Neutronų masė yra tokia pati kaip protonų, todėl skirtingi izotopai turi skirtingas atomų ir atomų mases periodinėje lentelėje nurodyto elemento svoris yra kiekvieno izotopo vidurkis, padaugintas iš jo gausa.
Atominė masė = ∑ (atominė masė x santykinė gausa)
Remiantis izotopų atominėmis masėmis, galima matematiškai apskaičiuoti elementų, turinčių du izotopus, dalinę gausą, tačiau jums reikia laboratorinių metodų elementams, turintiems daugiau nei du.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Jei elementas turi du izotopus, naudodami matematiką galite rasti jų dalines gausas. Priešingu atveju jums reikia masės spektrometro.
Dviejų izotopų santykinių gausų skaičiavimas
Panagrinėkime elementą su dviem m masių izotopais1 ir m2. Jų dalinė gausa turi būti lygi 1, taigi, jei pirmojo gausa yra x, antrojo gausa yra 1 - x. Tai reiškia
Atomo svoris = m1x + m2(1 - x).
X supaprastinimas ir sprendimas:
x = (atominė masė - m2) ÷ (m1 - m2)
Dydis x yra dalinis izotopo, kurio masė m, gausa1.
Skaičiavimo pavyzdys
Chloras turi du natūraliai atsirandančius izotopus: 35Cl, kurio masė yra 34,9689 amu (atominės masės vienetai) ir 37Cl, kurio masė 36,9659 amu. Jei chloro atominė masė yra 35,46 amu, kokia yra kiekvieno izotopo dalinė gausa?
Tegu x yra trupmeninė gausa 35Cl. Pagal aukščiau pateiktą lygtį, jei leisime masę 35Cl būti m1 ir tas 37Cl būti m2, mes gauname:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Dalinė gausa 35Cl yra 0,756, o 37Cl yra 0,244.
Daugiau nei du izotopai
Mokslininkai laboratorijoje nustato santykinę elementų, turinčių daugiau nei du izotopus, gausą, taikydami techniką, vadinamą masių spektrometrija. Jie garina mėginį, kuriame yra elementas, ir bombarduoja jį didelės energijos elektronais. Tai įkrauna daleles, kurios yra nukreiptos per magnetinį lauką, kuris jas nukreipia. Sunkesni izotopai nukreipiami labiau nei lengvesni. Spektrometru matuojamas kiekvieno aptikto izotopo masės ir krūvio santykis, taip pat matuojamas kiekvieno jų skaičius ir pateikiami linijų, vadinamų spektru, serijos. Spektras yra tarsi juostinis grafikas, kuriame pavaizduotas masės ir krūvio santykis, palyginti su santykine gausa.