Cada elemento da tabela periódica tem um número único de prótons carregados positivamente em seu núcleo, mas o número de nêutrons, que não têm carga, pode variar. Os átomos de um elemento com diferentes números de nêutrons são isótopos desse elemento. Todos, exceto 20 elementos, têm mais de um isótopo que ocorre naturalmente e alguns elementos têm muitos. O estanho (Sn), com 10 isótopos naturais, é o vencedor nesta categoria. Os nêutrons têm a mesma massa que os prótons, então diferentes isótopos têm diferentes massas atômicas, e o peso de um elemento listado na tabela periódica é uma média de cada isótopo multiplicado por seu abundância.
Peso atômico = ∑ (massa atômica x abundância relativa)
É possível calcular matematicamente as abundâncias fracionárias para elementos com dois isótopos com base nas massas atômicas dos isótopos, mas você precisa de técnicas de laboratório para elementos com mais de dois.
TL; DR (muito longo; Não li)
Se um elemento tem dois isótopos, você pode encontrar suas abundâncias fracionárias usando matemática. Caso contrário, você precisa de um espectrômetro de massa.
Calculando Abundâncias Relativas de Dois Isótopos
Considere um elemento com dois isótopos de massas m1 e m2. Suas abundâncias fracionárias devem somar 1, portanto, se a abundância da primeira for x, a abundância da segunda será 1 - x. Isso significa
Peso atômico = m1x + m2(1 - x).
Simplificando e resolvendo para x:
x = (peso atômico - m2) ÷ (m1 - m2)
A quantidade x é a abundância fracionária do isótopo com massa m1.
Cálculo de Amostra
O cloro tem dois isótopos naturais: 35Cl, com massa de 34,9689 amu (unidades de massa atômica) e 37Cl, com massa de 36,9659 amu. Se o peso atômico do cloro é 35,46 amu, quais são as abundâncias fracionárias de cada isótopo?
Seja x a abundância fracionária de 35Cl. De acordo com a equação acima, se deixarmos a massa de 35Cl be m1 e aquele de 37Cl be m2, Nós temos:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
A abundância fracionária de 35Cl é 0,756 e o de 37Cl é 0,244.
Mais de dois isótopos
Os cientistas determinam abundâncias relativas de elementos com mais de dois isótopos no laboratório usando uma técnica chamada espectrometria de massa. Eles vaporizam uma amostra contendo o elemento e a bombardeiam com elétrons de alta energia. Isso carrega as partículas, que são dirigidas por um campo magnético que as desvia. Os isótopos mais pesados são desviados mais do que os mais leves. O espectrômetro mede a relação massa-carga de cada isótopo que detecta, bem como mede os números de cada um e os exibe como uma série de linhas, chamadas de espectro. O espectro é como um gráfico de barras que traça a razão massa-carga em relação à abundância relativa.