Pentru rezolvarea problemelor de abundență izotopică, se utilizează masa atomică medie a elementului dat și o formulă algebrică. Iată cum puteți face aceste tipuri de probleme.
Chimia relativă a abundenței
Definiția abundenței relative în chimie este procentul unui anumit izotop care apare în natură. Masa atomică listată pentru un element pe tabelul periodic este o masă medie a tuturor izotopilor cunoscuți ai acelui element.
Amintiți-vă că pe măsură ce numărul de neutroni se schimbă în interiorul nucleului, identitatea elementului rămâne aceeași. O modificare a numărului de neutroni din nucleu denotă un izotop: azotul-14, cu 7 neutroni, și azotul-15, cu 8 neutroni, sunt doi izotopi diferiți ai elementului azot.
Pentru a rezolva problemele de abundență izotopică, o problemă dată va cere abundența relativă sau masa unui anumit izotop.
Pasul 1: Găsiți masa atomică medie
Identificați masa atomică a elementului din problema dvs. de abundență izotopică pe tabelul periodic. Azotul va fi folosit ca exemplu: 14.007 amu.
Pasul 2: configurați problema relativă a abundenței
Utilizați următoarea formulă pentru probleme de chimie a abundenței relative:
(M1) (x) + (M2) (1-x) = M (E)
- M1 este masa unui izotop
- x este abundența relativă
- M2 este masa celui de-al doilea izotop
- M (E) este masa atomică a elementului din tabelul periodic
Exemplu de problemă: Dacă masele unui izotop de azot, azot-14, sunt 14.003 amu și un alt izotop, azot-15, este 15.000 amu, găsiți abundența relativă a izotopilor.
Problema cere să rezolvăm pentru x, abundența relativă. Atribuiți un izotop ca (M1) și celălalt ca (M2).
- M1 = 14.003 amu (azot-14)
- x = abundență relativă necunoscută
- M2 = 15.000 amu (azot-15)
- M (E) = 14.007 amu
Când informațiile sunt plasate în ecuație, arată astfel:
14.003x + 15.000 (1-x) = 14.007
De ce ecuația poate fi configurată astfel: Amintiți-vă că suma acestor doi izotopi va fi egală cu 100% din azotul total găsit în natură. Ecuația poate fi configurată ca procent sau ca zecimal.
Ca procent, ecuația ar fi: (x) + (100-x) = 100, unde 100 desemnează procentul total în natură.
Dacă setați ecuația ca zecimală, aceasta înseamnă că abundența ar fi egală cu 1. Ecuația va deveni apoi: x + (1 - x) = 1. Rețineți că această ecuație este limitată la doi izotopi.
Pasul 3: Rezolvați pentru x pentru a obține abundența relativă a izotopului necunoscut
Folosiți algebra pentru a rezolva pentru x. Exemplul de azot se face în pașii de mai jos:
- În primul rând, utilizați proprietatea distributivă: 14.003x + 15.000 - 15.000x = 14.007
- Acum combinați termeni similari: -0.997x = -0.993
- Rezolvați pentru x scufundându-vă până la -0,997
x = 0,996
Pasul 4: Găsiți procentul de abundență
Deoarece x = 0,996, înmulțiți cu 100 pentru a obține procente: azot-14 este 99,6%.
Deoarece (1-x) = (1 - 0,996) = 0,004, înmulțiți cu 100: azot-15 este 0,4%.
Abundența izotopului azot-14 este de 99,6 la sută, iar abundența izotopului azot-15 este de 0,4 la sută.
Calculul abundenței relative în spectroscopie de masă
Dacă s-a dat un spectru de masă al elementului, procentul relativ din abundența izotopilor este prezentat de obicei ca un grafic cu bare verticale. Totalul poate părea că ar depăși 100%, dar asta pentru că spectrul de masă funcționează cu un procent relativ de abundențe de izotopi.
Un exemplu va clarifica acest lucru. Un model de izotop de azot ar arăta o abundență relativă de 100 pentru azot-14 și 0,37 pentru azot-15. Pentru a rezolva acest lucru, ar fi stabilit un raport precum următorul:
(abundența relativă a izotopului pe spectru) / (suma tuturor abundențelor relative de izotop pe spectru)
azot-14 = (100) / (100 + 0,37) = 0,996 sau 99,6%
azot-15 = (0,37) / (100 + 0,37) = 0,004 sau 0,4%