Каждый элемент периодической таблицы имеет уникальное количество положительно заряженных протонов в ядре, но количество нейтронов, которые не имеют заряда, может варьироваться. Атомы элемента с разным числом нейтронов являются изотопами этого элемента. Все элементы, кроме 20, имеют более одного встречающегося в природе изотопа, а некоторые элементы - много. Олово (Sn), содержащее 10 природных изотопов, является победителем в этой категории. Нейтроны имеют ту же массу, что и протоны, поэтому разные изотопы имеют разные атомные массы, а атомные массы Вес элемента, указанного в периодической таблице, - это среднее значение каждого изотопа, умноженное на его избыток.
Атомный вес = ∑ (атомная масса x относительное содержание)
Можно математически рассчитать относительные содержания элементов с двумя изотопами на основе атомных масс изотопов, но вам нужны лабораторные методы для элементов с более чем двумя изотопами.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Если элемент имеет два изотопа, вы можете найти их относительные содержания с помощью математики. В противном случае вам понадобится масс-спектрометр.
Расчет относительного содержания двух изотопов
Рассмотрим элемент с двумя изотопами масс m1 И м2. Их дробное содержание должно составлять в сумме 1, поэтому, если содержание первого равно x, то содержание второго равно 1 - x. Это означает
Атомный вес = m1х + м2(1 - х).
Упрощение и решение для x:
x = (Атомный вес - m2) ÷ (м1 - м2)
Величина x - это относительное содержание изотопа с массой m.1.
Пример расчета
Хлор имеет два встречающихся в природе изотопа: 35Cl, массой 34,9689 а.е.м. (атомные единицы массы) и 37Cl, массой 36,9659 а.е.м. Если атомный вес хлора составляет 35,46 а.е.м., каковы относительные содержания каждого изотопа?
Пусть x будет дробным содержанием 35Cl. Согласно приведенному выше уравнению, если мы позволим массе 35Cl be m1 и что из 37Cl be m2, мы получили:
х = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Фракционная численность 35Cl составляет 0,756, а 37Cl равен 0,244.
Более двух изотопов
Ученые определяют относительное содержание элементов с более чем двумя изотопами в лаборатории с помощью метода, называемого масс-спектрометрией. Они испаряют образец, содержащий элемент, и бомбардируют его электронами высокой энергии. Это заряжает частицы, которые направляются через магнитное поле, которое их отклоняет. Более тяжелые изотопы отклоняются сильнее, чем более легкие. Спектрометр измеряет отношение массы к заряду каждого изотопа, который он обнаруживает, а также измеряет количество каждого из них и отображает их в виде серии линий, называемых спектром. Спектр похож на гистограмму, которая отображает отношение массы к заряду в зависимости от относительной численности.