Hvert element i det periodiske systemet har et unikt antall positivt ladede protoner i kjernen, men antall nøytroner som ikke har noen ladning kan variere. Atomer av et element med forskjellige antall nøytroner er isotoper av det elementet. Alle bortsett fra 20 elementer har mer enn en naturlig forekommende isotop, og noen elementer har mange. Tinn (Sn), med 10 naturlige isotoper, er vinneren i denne kategorien. Nøytroner har samme masse som protoner, så forskjellige isotoper har forskjellige atommasser, og atomen vekten av et element oppført i det periodiske systemet er et gjennomsnitt av hver isotop multiplisert med dens overflod.
Atomvekt = ∑ (atommasse x relativ overflod)
Det er mulig å matematisk beregne brøkoverflater for elementer med to isotoper basert på atommassene til isotopene, men du trenger laboratorieteknikker for elementer med mer enn to.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Hvis et element har to isotoper, kan du finne deres brøkoverflater ved hjelp av matematikk. Ellers trenger du et massespektrometer.
Beregning av relative mengder av to isotoper
Tenk på et element med to isotoper med masser m1 og M2. Deres brøkoverflod må tillegges lik 1, så hvis overflod av den første er x, er overflod av den andre 1 - x. Dette betyr
Atomvekt = m1x + m2(1 - x).
Forenkle og løse for x:
x = (Atomvekt - m2) ÷ (m1 - m2)
Mengden x er isotopens brøkdel av masse m1.
Eksempelberegning
Klor har to naturlig forekommende isotoper: 35Cl, med en masse på 34,9689 amu (atommasseenheter) og 37Cl, med en masse på 36,9659 amu. Hvis atomvekten til klor er 35,46 amu, hva er brøkdelens overflod av hver isotop?
La x være den brøkdel av 35Cl. I følge ligningen ovenfor, hvis vi lar massen av 35Cl være m1 og den av 37Cl være m2, vi får:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Den brøkvise overflod av 35Cl er 0,756 og den for 37Cl er 0,244.
Mer enn to isotoper
Forskere bestemmer relative overflod av elementer med mer enn to isotoper i laboratoriet ved hjelp av en teknikk som kalles massespektrometri. De fordamper en prøve som inneholder elementet og bombarderer den med høyenergielektroner. Dette lader partiklene, som ledes gjennom et magnetfelt som avbøyer dem. De tyngre isotopene blir avbøyd mer enn de lettere. Spektrometeret måler masse-til-ladningsforholdet for hver isotop den oppdager, samt måler tallene på hver og viser disse som en serie linjer, kalt et spektrum. Spekteret er som et søylediagram som tegner masse-til-ladnings-forhold mot relativ overflod.