Fiecare element din tabelul periodic are un număr unic de protoni încărcați pozitiv în nucleul său, dar numărul de neutroni, care nu au nicio sarcină, poate varia. Atomii unui element cu un număr diferit de neutroni sunt izotopi ai acelui element. Toate, cu excepția celor 20 de elemente, au mai mult de un izotop natural, iar unele elemente au multe. Staniul (Sn), cu 10 izotopi naturali, este câștigătorul acestei categorii. Neutronii au aceeași masă ca și protonii, deci izotopi diferiți au mase atomice diferite, iar atomicul greutatea unui element enumerat în tabelul periodic este o medie a fiecărui izotop înmulțit cu abundenţă.
Greutatea atomică = ∑ (masa atomică x abundență relativă)
Este posibil să se calculeze matematic abundențele fracționare pentru elementele cu doi izotopi pe baza maselor atomice ale izotopilor, dar aveți nevoie de tehnici de laborator pentru elementele cu mai mult de doi.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Dacă un element are doi izotopi, puteți găsi abundențele lor fracționare folosind matematica. În caz contrar, aveți nevoie de un spectrometru de masă.
Calculul abundențelor relative ale a doi izotopi
Luați în considerare un element cu doi izotopi de mase m1 si m2. Abundențele lor fracționare trebuie să fie egale cu 1, deci dacă abundența primului este x, abundența celui de-al doilea este 1 - x. Asta înseamnă
Greutatea atomică = m1x + m2(1 - x).
Simplificarea și rezolvarea pentru x:
x = (Greutate atomică - m2) ÷ (m1 - m2)
Cantitatea x este abundența fracționată a izotopului cu masa m1.
Calculul eșantionului
Clorul are doi izotopi naturali: 35Cl, cu o masă de 34,9689 amu (unități de masă atomică) și 37Cl, cu o masă de 36.9659 amu. Dacă greutatea atomică a clorului este de 35,46 amu, care sunt abundențele fracționale ale fiecărui izotop?
Fie x abundența fracțională a 35Cl. Conform ecuației de mai sus, dacă lăsăm masa lui 35Cl fie m1 și cea a 37Cl fie m2, primim:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1.5059 / -1,997 = 0,756
Abundența fracționată a 35Cl este 0,756 și cel de 37Cl este 0,244.
Mai mult de doi izotopi
Oamenii de știință determină abundențe relative de elemente cu mai mult de doi izotopi în laborator folosind o tehnică numită spectrometrie de masă. Vaporizează o probă care conține elementul și îl bombardează cu electroni de mare energie. Aceasta încarcă particulele, care sunt direcționate printr-un câmp magnetic care le deviază. Izotopii mai grei deviază mai mult decât cei mai ușori. Spectrometrul măsoară raportul masă-încărcare al fiecărui izotop pe care îl detectează, precum și măsurând numerele fiecăruia și afișându-le ca o serie de linii, numite spectru. Spectrul este ca un grafic cu bare care trasează raportul masă-încărcare împotriva abundenței relative.