Každý prvok v periodickej tabuľke má vo svojom jadre jedinečný počet pozitívne nabitých protónov, ale počet neutrónov, ktoré nemajú žiadny náboj, sa môže líšiť. Atómy prvku s rôznym počtom neutrónov sú izotopy tohto prvku. Všetky prvky okrem 20 majú viac ako jeden prirodzene sa vyskytujúci izotop a niektoré prvky majú veľa. Cín (Sn) s 10 prírodnými izotopmi je víťazom v tejto kategórii. Neutróny majú rovnakú hmotnosť ako protóny, takže rôzne izotopy majú rozdielne atómové hmotnosti a atómové hmotnosť prvku uvedeného v periodickej tabuľke je priemer každého izotopu vynásobený jeho hojnosť.
Atómová hmotnosť = ∑ (atómová hmotnosť x relatívna početnosť)
Je možné matematicky vypočítať zlomkové množstvá pre prvky s dvoma izotopmi na základe atómových hmotností izotopov, ale pre prvky s viac ako dvoma potrebujete laboratórnu techniku.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Ak má prvok dva izotopy, ich zlomkové množstvo nájdete pomocou matematiky. V opačnom prípade potrebujete hmotnostný spektrometer.
Výpočet relatívneho množstva dvoch izotopov
Uvažujme prvok s dvoma izotopmi hmotností m1 a m2. Ich zlomková početnosť sa musí pripočítať k hodnote 1, takže ak je početnosť prvej x, hojnosť druhej 1 - x. To znamená
Atómová hmotnosť = m1x + m2(1 - x).
Zjednodušenie a riešenie pre x:
x = (atómová hmotnosť - m2) ÷ (m1 - m2)
Veličina x je zlomková početnosť izotopu s hmotnosťou m1.
Vzorový výpočet
Chlór má dva prirodzene sa vyskytujúce izotopy: 35Cl s hmotnosťou 34,9 689 amu (atómové hmotnostné jednotky) a 37Cl, s hmotnosťou 36,9659 amu. Ak je atómová hmotnosť chlóru 35,46 amu, aké sú zlomkové množstvá každého izotopu?
Nech x je zlomková hojnosť 35Cl. Podľa vyššie uvedenej rovnice, ak necháme hmotnosť 35Cl je m1 a to z 37Cl je m2, dostaneme:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Čiastočné množstvo 35Cl je 0,756 a to z 37Cl je 0,244.
Viac ako dva izotopy
Vedci určujú v laboratóriu relatívne množstvo prvkov s viac ako dvoma izotopmi pomocou techniky nazývanej hmotnostná spektrometria. Odparia vzorku obsahujúcu prvok a bombardujú ju vysokoenergetickými elektrónmi. Takto sa nabijú častice, ktoré nimi smerujú cez magnetické pole, ktoré ich vychyľuje. Ťažšie izotopy sa odkláňajú viac ako ľahšie. Spektrometer meria pomer hmotnosti k náboju každého izotopu, ktorý detekuje, ako aj meria ich počet a zobrazuje ich ako sériu čiar, ktoré sa nazývajú spektrum. Spektrum je ako stĺpcový graf, ktorý zobrazuje pomer hmotnosti k náboju oproti relatívnej hojnosti.
