Na riešenie problémov s izotopovou početnosťou sa používa priemerná atómová hmotnosť daného prvku a algebraický vzorec. Týmto spôsobom môžete vyriešiť tieto typy problémov.
Chémia relatívnej hojnosti
Definícia relatívneho množstva v chémii je percento konkrétneho izotopu, ktorý sa vyskytuje v prírode. Atómová hmotnosť uvedená pre prvok v periodickej tabuľke je priemernou hmotnosťou všetkých známych izotopov tohto prvku.
Pamätajte, že so zmenami počtu neutrónov v jadre zostáva identita prvku rovnaká. Zmena počtu neutrónov v jadre znamená izotop: dusík-14 so 7 neutrónmi a dusík-15 s 8 neutrónmi sú dva rôzne izotopy prvku dusík.
Na riešenie problémov s izotopovou početnosťou bude daný problém vyžadovať relatívnu početnosť alebo hmotnosť konkrétneho izotopu.
Krok 1: Nájdite priemernú atómovú hmotnosť
Identifikujte atómovú hmotnosť prvku z vášho problému s izotopovou početnosťou v periodickej tabuľke. Ako príklad sa použije dusík: 14,007 amu.
Krok 2: Nastavte problém s relatívnym množstvom
Pre problémy s chémiou relatívneho množstva použite nasledujúci vzorec:
(M1) (x) + (M2) (1-x) = M (E)
- M1 je hmotnosť jedného izotopu
- x je relatívna početnosť
- M2 je hmotnosť druhého izotopu
- M (E) je atómová hmotnosť prvku z periodickej tabuľky
Príklad problému: Ak je hmotnosť jedného izotopu dusíka, dusíka-14, 14,003 amu a iného izotopu, dusíka-15, je 15 000 amu, nájdite relatívny počet izotopov.
Problém spočíva v riešení relatívnej hojnosti x. Priraďte jeden izotop ako (M1) a druhý ako (M2).
- M1 = 14,003 amu (dusík-14)
- x = neznáma relatívna početnosť
- M2 = 15 000 amu (dusík-15)
- M (E) = 14,007 amu
Keď sú informácie umiestnené do rovnice, vyzerajú takto:
14,003x + 15 000 (1-x) = 14,007
Prečo je možné rovnicu nastaviť takto: Pripomeňme, že súčet týchto dvoch izotopov sa bude rovnať 100 percentám celkového dusíka nájdeného v prírode. Rovnicu je možné nastaviť ako percento alebo desatinné miesto.
Ako percento by rovnica bola: (x) + (100-x) = 100, kde 100 označuje celkové percento v prírode.
Ak nastavíte rovnicu ako desatinné miesto, znamená to, že početnosť bude rovná 1. Rovnica by sa potom stala: x + (1 - x) = 1. Upozorňujeme, že táto rovnica je obmedzená na dva izotopy.
Krok 3: Riešením x získate relatívnu hojnosť neznámeho izotopu
Pomocou algebry vyrieš x. Príklad dusíka sa vykonáva v nasledujúcich krokoch:
- Najskôr použite distribučnú vlastnosť: 14,003x + 15 000 - 15 000 x = 14,007
- Teraz skombinujte podobné výrazy: -0,997x = -0,993
- Riešiť pre x potápaním o -0,997
x = 0,996
Krok 4: Nájdite percentnú hojnosť
Pretože x = 0,996, vynásobte 100 a získajte percentá: dusík-14 je 99,6%.
Pretože (1-x) = (1 - 0,996) = 0,004, vynásobte 100: dusík-15 je 0,4%.
Výdatnosť izotopu dusíka-14 je 99,6 percenta a početnosť izotopu dusíka-14 je 0,4 percenta.
Výpočet relatívnej hojnosti v hmotnostnej spektroskopii
Ak bolo dané hmotnostné spektrum prvku, relatívne percentuálne zastúpenie izotopov sa zvyčajne uvádza ako zvislý stĺpcový graf. Celková hodnota môže vyzerať, akoby prekročila 100 percent, ale je to preto, že hmotnostné spektrum pracuje s relatívnym percentuálnym zastúpením izotopov.
Toto objasní príklad. Vzorka izotopu dusíka by vykazovala 100 relatívnych zastúpení pre dusík-14 a 0,37 pre dusík-15. Na vyriešenie tohto problému by sa mal vytvoriť pomer, ako je tento:
(relatívna hojnosť izotopov v spektre) / (súčet všetkých relatívnych hojností izotopov v spektre)
dusík-14 = (100) / (100 + 0,37) = 0,996 alebo 99,6%
dusík-15 = (0,37) / (100 + 0,37) = 0,004 alebo 0,4%