Jądra atomów zawierają tylko protony i neutrony, a każdy z nich z definicji ma masę około 1 jednostki masy atomowej (amu). Masa atomowa każdego pierwiastka – która nie obejmuje mas elektronów uważanych za nieistotne – powinna zatem być liczbą całkowitą. Szybkie przejrzenie układu okresowego pokazuje jednak, że masy atomowe większości pierwiastków zawierają ułamek dziesiętny. Dzieje się tak, ponieważ podana waga każdego pierwiastka jest średnią wszystkich naturalnie występujących izotopów tego pierwiastka. Szybkie obliczenia mogą określić procentową obfitość każdego izotopu pierwiastka, pod warunkiem, że znasz masy atomowe izotopów. Ponieważ naukowcy dokładnie zmierzyli wagi tych izotopów, wiedzą, że wagi różnią się nieznacznie od liczb całkowitych. O ile nie jest wymagany wysoki stopień dokładności, można zignorować te niewielkie różnice ułamkowe podczas obliczania procentów liczebności.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Możesz obliczyć procentową obfitość izotopów w próbce pierwiastka z więcej niż jednym izotopem, o ile nie jest znana obfitość dwóch lub mniej.
Co to jest izotop?
Pierwiastki są wymienione w układzie okresowym według liczby protonów w ich jądrach. Jądra zawierają jednak również neutrony iw zależności od pierwiastka w jądrze może nie być żadnego, jednego, dwóch, trzech lub więcej neutronów. Na przykład wodór (H) ma trzy izotopy. Jądro 1H to nic innego jak proton, ale jądro deuteru (2H) zawiera neutron i tryt (3H) zawiera dwa neutrony. W naturze występuje sześć izotopów wapnia (Ca), a dla cyny (Sn) liczba ta wynosi 10. Izotopy mogą być niestabilne, a niektóre są radioaktywne. Żaden z pierwiastków występujących po 92. miejscu w układzie okresowym Uran (U) nie ma więcej niż jednego naturalnego izotopu.
Elementy z dwoma izotopami
Jeśli pierwiastek ma dwa izotopy, możesz łatwo ustawić równanie, aby określić względną obfitość każdego izotopu na podstawie masy każdego izotopu (W1 i W2) i ciężar elementu (Wmi) wymienione w układzie okresowym. Jeśli oznaczysz obfitość izotopu 1 przezxrównanie to:
W1 • x + W2 • (1 - x) = Wmi
ponieważ wagi obu izotopów muszą się dodać, aby dać wagę pierwiastka. Po znalezieniu (x) pomnóż to przez 100, aby uzyskać procent.
Na przykład azot ma dwa izotopy, 14N i 15N, aw układzie okresowym pierwiastków masa atomowa azotu wynosi 14.007. Ustawiając równanie z tymi danymi, otrzymujesz: 14x + 15(1 - x) = 14,007 i rozwiązując (x), znajdujesz obfitość 14N wynosi 0,993, czyli 99,3 procent, co oznacza obfitość 15N wynosi 0,7 proc.
Pierwiastki o więcej niż dwóch izotopach
Kiedy masz próbkę pierwiastka, która ma więcej niż dwa izotopy, możesz znaleźć obfitość dwóch z nich, jeśli znasz obfitości pozostałych.
Jako przykład rozważ ten problem:
Średnia masa atomowa tlenu (O) wynosi 15,9994 amu. Posiada trzy naturalnie występujące izotopy, 16O, 17O i 18O, a 0,037% tlenu składa się z 17O. Jeśli masy atomowe są 16O = 15,995 amu, 17O = 16,999 amu i 18O = 17,999 amu, jakie są obfitości pozostałych dwóch izotopów?
Aby znaleźć odpowiedź, zamień wartości procentowe na ułamki dziesiętne i zauważ, że obfitość pozostałych dwóch izotopów wynosi (1 - 0,00037) = 0,99963.
Ustaw jedną z nieznanych obfitości – powiedz, że 16O – być (x). Inna nieznana obfitość, ta z 18O jest wtedy 0,99963 - x.
(masa atomowa 16O) • (ułamkowa obfitość 16O) + (masa atomowa 17O) • (ułamkowa obfitość 17O) + (masa atomowa 18O) • (ułamkowa obfitość 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
Po zdefiniowaniu (x) jako obfitości 16O, obfitość 18O jest wtedy (0,99963 - x) = (0,99963 - 0,9976) = 0,00203
Obfitości trzech izotopów są wtedy:
16O = 99,76%
17O = 0,037%
18O = 0,203%