För att lösa isotopiska överflödsproblem används den genomsnittliga atommassan för det givna elementet och en algebraisk formel. Så här kan du göra dessa typer av problem.
Relativ överflödskemi
Den relativa överflödsdefinitionen i kemi är procentandelen av en viss isotop som förekommer i naturen. Atommassan som anges för ett element i det periodiska systemet är en genomsnittlig massa av alla kända isotoper av det elementet.
Kom ihåg att när antalet neutroner ändras inom kärnan förblir elementets identitet densamma. En förändring i antalet neutroner i kärnan betecknar en isotop: kväve-14, med 7 neutroner, och kväve-15, med 8 neutroner, är två olika isotoper av grundämnet kväve.
För att lösa isotopiska överflödsproblem, kommer ett givet problem att be om relativ överflöd eller massan av en viss isotop.
Steg 1: Hitta den genomsnittliga atommassan
Identifiera elementets atommassa från ditt isotopiska överflödsproblem i det periodiska systemet. Kväve kommer att användas som ett exempel: 14.007 amu.
Steg 2: Ställ in problemet med relativ överflöd
Använd följande formel för problem med kemisk relativ överflöd:
(M1) (x) + (M2) (1-x) = M (E)
- M1 är massan av en isotop
- x är det relativa överflödet
- M2 är massan av den andra isotopen
- M (E) är atommassan för elementet från det periodiska systemet
Exempel på problem: Om massorna av en kväveisotop, kväve-14, är 14,003 amu och en annan isotop, kväve-15, är 15 000 amu, hitta isotopernas relativa överflöd.
Problemet är att lösa för x, det relativa överflödet. Tilldela en isotop som (M1) och den andra som (M2).
- M1 = 14,003 amu (kväve-14)
- x = okänt relativ överflöd
- M2 = 15.000 amu (kväve-15)
- M (E) = 14,007 amu
När informationen placeras i ekvationen ser den ut så här:
14.003x + 15.000 (1-x) = 14.007
Varför ekvationen kan ställas in på detta sätt: Kom ihåg att summan av dessa två isotoper kommer att motsvara 100 procent av det totala kvävet som finns i naturen. Ekvationen kan ställas in som procent eller decimal.
Som procent skulle ekvationen vara: (x) + (100-x) = 100, där 100 betecknar den totala procenten i naturen.
Om du ställer in ekvationen som ett decimal betyder det att överflödet skulle vara lika med 1. Ekvationen skulle då bli: x + (1 - x) = 1. Observera att denna ekvation är begränsad till två isotoper.
Steg 3: Lös i x för att få den relativa överflödet av den okända isotopen
Använd algebra för att lösa x. Kväveexemplet görs i stegen nedan:
- Använd först fördelningsegenskapen: 14.003x + 15.000 - 15.000x = 14.007
- Kombinera nu liknande termer: -0.997x = -0.993
- Lös för x genom att dyka med -0,997
x = 0,996
Steg 4: Hitta procent överflöd
Eftersom x = 0,996, multiplicera med 100 för att få procent: kväve-14 är 99,6%.
Eftersom (1-x) = (1 - 0,996) = 0,004, multipliceras med 100: kväve-15 är 0,4%.
Överflödet av kväve-14-isotopen är 99,6 procent och överflödet av kväve-15-isotopen är 0,4 procent.
Beräkning av relativ överflöd i masspektroskopi
Om ett masspektrum av elementet gavs presenteras den relativa procentuella isotopöverflödet vanligtvis som ett vertikalt stapeldiagram. Totalen kan se ut som om den överstiger 100 procent, men det beror på att masspektret fungerar med relativa procentuella isotopöverflöd.
Ett exempel kommer att göra detta tydligt. Ett kväveisotopmönster skulle visa ett relativt överflöd på 100 för kväve-14 och 0,37 för kväve-15. För att lösa detta skulle ett förhållande som följande ställas in:
(relativ överflöd av isotop på spektrum) / (summan av alla relativa isotopöverflöd på spektrum)
kväve-14 = (100) / (100 + 0,37) = 0,996 eller 99,6%
kväve-15 = (0,37) / (100 + 0,37) = 0,004 eller 0,4%