Varje element i det periodiska systemet har ett unikt antal positivt laddade protoner i sin kärna, men antalet neutroner som inte har någon laddning kan variera. Atomer i ett element med olika antal neutroner är isotoper av det elementet. Alla utom 20 element har mer än en naturligt förekommande isotop, och vissa element har många. Tenn (Sn), med 10 naturliga isotoper, är vinnaren i denna kategori. Neutroner har samma massa som protoner, så olika isotoper har olika atommassor och atomen vikten för ett element som anges i det periodiska systemet är ett genomsnitt av varje isotop multiplicerat med dess överflöd.
Atomvikt = ∑ (atommassa x relativ överflöd)
Det är möjligt att matematiskt beräkna fraktionerade överflöd för element med två isotoper baserat på isotopernas atommassa, men du behöver laboratorietekniker för element med mer än två.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Om ett element har två isotoper kan du hitta deras bråkdelar med matematik. Annars behöver du en masspektrometer.
Beräkning av relativa överflöd av två isotoper
Tänk på ett element med två isotoper av massor m1 och M2. Deras fraktionerade överflöd måste tillsvara lika med 1, så om överflödet av det första är x, är det överflöd av det andra 1 - x. Detta betyder
Atomvikt = m1x + m2(1 - x).
Förenkla och lösa för x:
x = (Atomvikt - m2) ÷ (m1 - m2)
Mängden x är isotopens fraktionerade överflöd med massa m1.
Provberäkning
Klor har två naturligt förekommande isotoper: 35Cl, med en massa av 34,9689 amu (atommasseenheter) och 37Cl, med en massa av 36,9659 amu. Om klorens atomvikt är 35,46 amu, vilka är bråkdelarna av varje isotop?
Låt x vara bråkets överflöd av 35Cl. Enligt ekvationen ovan, om vi låter massan av 35Cl vara m1 och den av 37Cl vara m2, vi får:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Bråkets överflöd av 35Cl är 0,756 och den för 37Cl är 0,244.
Mer än två isotoper
Forskare bestämmer relativa förekomster av element med mer än två isotoper i laboratoriet med en teknik som kallas masspektrometri. De förångar ett prov som innehåller elementet och bombarderar det med högenergielektroner. Detta laddar partiklarna, vilka styrs genom ett magnetfält som avböjer dem. De tyngre isotoperna avböjs mer än de lättare. Spektrometern mäter mass-till-laddningsförhållandet för varje isotop som den detekterar, samt mäter siffrorna för var och en och visar dessa som en serie linjer, kallat ett spektrum. Spektrumet är som ett stapeldiagram som plottar förhållande mellan massa och laddning mot relativt överflöd.