Для решения задач изотопного содержания используется средняя атомная масса данного элемента и алгебраическая формула. Вот как можно решить такие проблемы.
Химия относительного изобилия
Определение относительного содержания в химии - это процентное содержание определенного изотопа, встречающегося в природе. Атомная масса, указанная для элемента в периодической таблице, представляет собой среднюю массу всех известных изотопов этого элемента.
Помните, что при изменении количества нейтронов в ядре идентичность элемента остается неизменной. Изменение количества нейтронов в ядре означает изотоп: азот-14 с 7 нейтронами и азот-15 с 8 нейтронами - это два разных изотопа элемента азота.
Чтобы решить проблемы изотопного содержания, данная проблема будет запрашивать относительное содержание или массу конкретного изотопа.
Шаг 1. Найдите среднюю атомную массу
Определите атомную массу элемента из вашей задачи изотопного содержания в периодической таблице. В качестве примера будет использован азот: 14,007 а.е.м.
Шаг 2: установите задачу относительного изобилия
Используйте следующую формулу для задач химического состава относительного содержания:
(M1) (x) + (M2) (1-x) = M (E)
- M1 - масса одного изотопа
- x - относительная численность
- M2 - масса второго изотопа
- M (E) - атомная масса элемента периодической таблицы.
Пример проблемы: Если масса одного изотопа азота, азота-14, составляет 14,003 а.е.м., а другого изотопа, азота-15, составляет 15000 а.е.м., найдите относительное содержание изотопов.
Задача состоит в том, чтобы найти x, относительную численность. Назначьте один изотоп как (M1), а другой - как (M2).
- M1 = 14.003 а.е.м. (азот-14)
- x = неизвестная относительная численность
- M2 = 15000 а.е.м. (азот-15)
- M (E) = 14.007 а.е.м.
Когда информация помещается в уравнение, оно выглядит так:
14,003x + 15,000 (1-х) = 14,007
Почему уравнение можно составить таким образом: Напомним, что сумма этих двух изотопов будет равна 100 процентам общего азота, содержащегося в природе. Уравнение может быть выражено в процентах или в виде десятичной дроби.
В процентах уравнение будет выглядеть следующим образом: (x) + (100-x) = 100, где 100 обозначает общий процент в природе.
Если вы зададите уравнение как десятичное, это означает, что численность будет равна 1. Тогда уравнение будет выглядеть следующим образом: x + (1 - x) = 1. Обратите внимание, что это уравнение ограничено двумя изотопами.
Шаг 3: Найдите x, чтобы получить относительное содержание неизвестного изотопа
Используйте алгебру, чтобы найти x. Пример азота выполняется в следующих шагах:
- Во-первых, используйте свойство распределения: 14.003x + 15.000 - 15.000x = 14.007.
- Теперь объедините похожие термины: -0,997x = -0,993
- Решите относительно x, нырнув на -0,997
х = 0,996
Шаг 4: Найдите процентное содержание
Поскольку x = 0,996, умножьте на 100, чтобы получить процент: азот-14 составляет 99,6%.
Поскольку (1-x) = (1 - 0,996) = 0,004, умножаем на 100: азот-15 составляет 0,4%.
Содержание изотопа азота-14 составляет 99,6 процента, а содержание изотопа азота-15 составляет 0,4 процента.
Расчет относительного содержания в масс-спектроскопии
Если был дан масс-спектр элемента, относительные содержания изотопов в процентах обычно представляются в виде вертикальной гистограммы. Общее может выглядеть так, как будто оно превышает 100 процентов, но это потому, что масс-спектр работает с относительным процентным содержанием изотопов.
Пример прояснит это. Диаграмма изотопов азота покажет относительное содержание азота-14 100 и азота-15 0,37. Чтобы решить эту проблему, необходимо установить такое соотношение:
(относительное содержание изотопа в спектре) / (сумма всех относительных содержаний изотопа в спектре)
азот-14 = (100) / (100 + 0,37) = 0,996 или 99,6%
азот-15 = (0,37) / (100 + 0,37) = 0,004 или 0,4%