วิธีการหาเศษส่วนเหลือเฟือของไอโซโทป

แต่ละธาตุในตารางธาตุมีจำนวนโปรตอนที่มีประจุบวกในนิวเคลียสเฉพาะจำนวนหนึ่ง แต่จำนวนนิวตรอนที่ไม่มีประจุอาจแตกต่างกันไป อะตอมของธาตุที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันคือไอโซโทปของธาตุนั้น ธาตุทั้งหมดยกเว้น 20 ธาตุมีไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมากกว่าหนึ่งชนิด และธาตุบางธาตุมีจำนวนมาก ดีบุก (Sn) ที่มีไอโซโทปธรรมชาติ 10 ชนิดเป็นผู้ชนะในหมวดนี้ นิวตรอนมีมวลเท่ากับโปรตอน ดังนั้นไอโซโทปที่ต่างกันจึงมีมวลอะตอมต่างกัน และอะตอม น้ำหนักของธาตุที่แสดงในตารางธาตุเป็นค่าเฉลี่ยของไอโซโทปแต่ละตัวคูณด้วย ความอุดมสมบูรณ์.

น้ำหนักอะตอม = ∑ (มวลอะตอม x ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์)

เป็นไปได้ที่จะคำนวณปริมาณเศษส่วนทางคณิตศาสตร์สำหรับองค์ประกอบที่มีไอโซโทปสองไอโซโทปโดยพิจารณาจากมวลอะตอมของไอโซโทป แต่คุณต้องใช้เทคนิคในห้องปฏิบัติการสำหรับองค์ประกอบที่มีมากกว่าสององค์ประกอบ

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

หากองค์ประกอบหนึ่งมีไอโซโทปสองไอโซโทป คุณสามารถหาปริมาณเศษส่วนได้โดยใช้คณิตศาสตร์ มิฉะนั้น คุณต้องใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์

พิจารณาธาตุที่มีไอโซโทปมวลสองไอโซโทป m₁ และ m₂. ความอุดมสมบูรณ์ที่เป็นเศษส่วนต้องรวมกันเป็น 1 ดังนั้นหากความอุดมสมบูรณ์ของอันแรกคือ x ความชุกชุมของภาคสองคือ 1 - x แปลว่า

น้ำหนักอะตอม = m₁x + ม₂(1 - x).

ลดความซับซ้อนและการแก้ปัญหาสำหรับ x:

x = (น้ำหนักอะตอม - m₂) ÷ (ม₁ - ม₂)

ปริมาณ x คือปริมาณเศษส่วนของไอโซโทปที่มีมวล m₁.

คลอรีนมีไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติสองชนิด: ³⁵Cl มีมวล 34.9689 amu (หน่วยมวลอะตอม) และ ³⁷Cl มีมวล 36.9659 amu ถ้าน้ำหนักอะตอมของคลอรีนเท่ากับ 35.46 amu ความอุดมสมบูรณ์ของเศษส่วนของแต่ละไอโซโทปเป็นเท่าไหร่?

ให้ x เป็นความอุดมสมบูรณ์เศษส่วนของ ³⁵ค. จากสมการข้างต้น ถ้าเราให้มวลของ ³⁵Cl เป็น m₁ และของ ³⁷Cl เป็น m₂, เราได้รับ:

x = (35.46 - 36.9659) ÷ (34.9689 - 36.9659) = 0.5911/1.997 = -1.5059/-1.997 = 0.756

ความอุดมสมบูรณ์เศษส่วนของ ³⁵Cl คือ 0.756 และของ ³⁷Cl คือ 0.244

นักวิทยาศาสตร์กำหนดปริมาณสัมพัทธ์ของธาตุที่มีไอโซโทปมากกว่าสองไอโซโทปในห้องปฏิบัติการโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าแมสสเปกโตรเมทรี พวกมันระเหยตัวอย่างที่มีองค์ประกอบและทิ้งระเบิดด้วยอิเล็กตรอนพลังงานสูง สิ่งนี้จะชาร์จอนุภาคซึ่งพวกมันพุ่งผ่านสนามแม่เหล็กที่เบี่ยงเบนพวกมัน ไอโซโทปที่หนักกว่าจะเบี่ยงเบนความสนใจมากกว่าไอโซโทปที่เบากว่า สเปกโตรมิเตอร์วัดอัตราส่วนมวลต่อประจุของไอโซโทปแต่ละตัวที่ตรวจจับได้ เช่นเดียวกับการวัดจำนวนของแต่ละไอโซโทปและแสดงสิ่งเหล่านี้เป็นชุดของเส้นที่เรียกว่าสเปกตรัม สเปกตรัมเป็นเหมือนกราฟแท่งที่แสดงอัตราส่วนมวลต่อประจุเทียบกับปริมาณสัมพัทธ์