Za reševanje problemov izotopske številčnosti se uporabljata povprečna atomska masa danega elementa in algebrska formula. Tu je opisano, kako lahko rešite tovrstne težave.
Kemija relativnega obilja
Definicija relativne številčnosti v kemiji je odstotek določenega izotopa, ki se pojavlja v naravi. Atomska masa, navedena za element v periodnem sistemu, je povprečna masa vseh znanih izotopov tega elementa.
Ne pozabite, da s spreminjanjem števila nevtronov znotraj jedra identiteta elementa ostaja enaka. Sprememba števila nevtronov v jedru označuje izotop: dušik-14 s 7 nevtroni in dušik-15 z 8 nevtroni sta dva različna izotopa elementa dušik.
Za reševanje težav z izotopsko številčnostjo bo določen problem zahteval relativno številčnost ali maso določenega izotopa.
1. korak: Poiščite povprečno atomsko maso
Ugotovite atomsko maso elementa iz vašega problema izotopske številčnosti v periodnem sistemu. Kot primer bomo uporabili dušik: 14.007 amu.
2. korak: nastavite problem relativnega obilja
Za probleme relativne številčnosti kemije uporabite naslednjo formulo:
(M1) (x) + (M2) (1-x) = M (E)
- M1 je masa enega izotopa
- x je relativna številčnost
- M2 je masa drugega izotopa
- M (E) je atomska masa elementa iz periodnega sistema
Primer težave: Če je masa enega izotopa dušika, dušik-14, 14,003 amu in drugega izotopa, dušik-15, 15 000 amu, poiščite relativno številčnost izotopov.
Težava je v iskanju rešitve za x, relativno številčnost. En izotop določimo kot (M1), drugega pa kot (M2).
- M1 = 14,003 amu (dušik-14)
- x = neznana relativna številčnost
- M2 = 15.000 amu (dušik-15)
- M (E) = 14,007 amu
Ko so informacije postavljene v enačbo, je videti takole:
14,003x + 15,000 (1-x) = 14,007
Zakaj lahko enačbo nastavimo na ta način: Spomnimo se, da bo vsota teh dveh izotopov enaka 100 odstotkom celotnega dušika, ki ga najdemo v naravi. Enačbo lahko nastavimo kot odstotek ali kot decimalno mesto.
Kot odstotek bi bila enačba: (x) + (100-x) = 100, kjer 100 označuje skupni odstotek v naravi.
Če enačbo nastavite kot decimalno številko, to pomeni, da bi bila številčnost enaka 1. Enačba bi potem postala: x + (1 - x) = 1. Upoštevajte, da je ta enačba omejena na dva izotopa.
3. korak: Rešite x, da dobite relativno obilje neznanega izotopa
Za reševanje x uporabite algebro. Primer dušika je narejen v spodnjih korakih:
- Najprej uporabite distribucijsko lastnost: 14.003x + 15.000 - 15.000x = 14.007
- Zdaj združite podobne izraze: -0,997x = -0,993
- Rešite x, tako da se potopite do -0,997
x = 0,996
4. korak: Poiščite odstotek številčnosti
Ker je x = 0,996, pomnožite s 100, da dobite odstotek: dušik-14 je 99,6%.
Ker je (1-x) = (1 - 0,996) = 0,004, pomnožimo s 100: dušik-15 je 0,4%.
Številčnost izotopa dušik-14 je 99,6 odstotka, izotopa dušika-15 pa 0,4 odstotka.
Izračunavanje relativnega obilja v masni spektroskopiji
Če je bil podan masni spekter elementa, so relativni odstotni deleži izotopov običajno predstavljeni kot navpični palični graf. Skupno je lahko videti, kot da presega 100 odstotkov, toda to je zato, ker masni spekter deluje z relativnimi odstotki izotopov.
Primer bo to jasno povedal. Vzorec izotopa dušika bi pokazal 100 relativne številčnosti za dušik-14 in 0,37 za dušik-15. Da bi to rešili, bi postavili razmerje, kot je naslednje:
(relativna številčnost izotopa v spektru) / (vsota vseh relativnih količin izotopov v spektru)
dušik-14 = (100) / (100 + 0,37) = 0,996 ali 99,6%
dušik-15 = (0,37) / (100 + 0,37) = 0,004 ali 0,4%