Katra periodiskās tabulas elementa kodolā ir unikāls pozitīvi uzlādētu protonu skaits, bet neitronu skaits, kuriem nav maksas, var atšķirties. Elementa atomi ar atšķirīgu neitronu skaitu ir šī elementa izotopi. Visiem elementiem, izņemot 20, ir vairāk nekā viens dabā sastopams izotops, un dažiem elementiem ir daudz. Alva (Sn) ar 10 dabiskajiem izotopiem ir uzvarētāja šajā kategorijā. Neitroniem ir tāda pati masa kā protoniem, tāpēc dažādiem izotopiem ir atšķirīga atomu masa un atomu Periodiskajā tabulā uzskaitītā elementa svars ir katra izotopa vidējais rādītājs, reizināts ar tā izotopu pārpilnība.
Atomu svars = ∑ (atoma masa x relatīvā pārpilnība)
Matemātiski ir iespējams aprēķināt daļēju pārpilnību elementiem ar diviem izotopiem, pamatojoties uz izotopu atomu masām, taču jums ir nepieciešamas laboratorijas metodes elementiem, kuros ir vairāk nekā divi.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Ja elementam ir divi izotopi, to skaitlisko daudzumu var atrast, izmantojot matemātiku. Pretējā gadījumā jums ir nepieciešams masu spektrometrs.
Divu izotopu relatīvā pārpilnības aprēķināšana
Apsveriet elementu ar diviem m masu izotopiem1 un m2. Viņu frakcionālajām pārpilnībām jāpieskaita vienāds ar 1, tādēļ, ja pirmā pārpilnība ir x, otrās pārpilnība ir 1 - x. Tas nozīmē
Atomu svars = m1x + m2(1 - x).
Vienkāršošana un risināšana x:
x = (atomu svars - m2) ÷ (m1 - m2)
Lielums x ir izotopu ar masu m frakcionālais daudzums1.
Parauga aprēķins
Hlorā ir divi dabiski sastopami izotopi: 35Cl, ar masu 34,9689 amu (atomu masas vienības) un 37Cl, ar masu 36,9659 amu. Ja hlora atoma svars ir 35,46 amu, kāda ir katra izotopa frakcionētā pārpilnība?
Ļaujiet x būt skaitliskajai daļai 35Cl. Saskaņā ar iepriekšējo vienādojumu, ja mēs ļaujam masai 35Cl būt m1 un tas 37Cl būt m2, mēs iegūstam:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Daļēja pārpilnība 35Cl ir 0,756 un tas ir 37Cl ir 0,244.
Vairāk nekā divi izotopi
Zinātnieki laboratorijā nosaka relatīvo elementu daudzumu ar vairāk nekā diviem izotopiem, izmantojot tehniku, ko sauc par masu spektrometriju. Viņi iztvaicē paraugu, kas satur elementu, un bombardē to ar augstas enerģijas elektroniem. Tas uzlādē daļiņas, kuras tās novirza caur magnētisko lauku, kas tās novirza. Smagāki izotopi tiek novirzīti vairāk nekā vieglie. Spektrometrs mēra katra noteiktā izotopa masas un lādiņa attiecību, kā arī mēra katra skaitli un parāda tos kā līniju virkni, ko sauc par spektru. Spektrs ir kā joslu diagramma, kas attēlo masas un lādiņa attiecību pret relatīvo pārpilnību.