Кожен елемент періодичної системи має в своєму ядрі унікальну кількість позитивно заряджених протонів, але кількість нейтронів, які не мають заряду, може змінюватися. Атоми елемента з різною кількістю нейтронів є ізотопами цього елемента. Усі елементи, крім 20, мають більше одного природного ізотопу, а деякі елементи мають багато. Олово (Sn) з 10 природними ізотопами є переможцем у цій категорії. Нейтрони мають однакову масу з протонами, тому різні ізотопи мають різну атомну масу і атомну вага елемента, зазначеного в періодичній системі, є середнім значенням кожного ізотопу, помноженого на його достаток.
Атомна вага = ∑ (атомна маса х відносна кількість)
Можна математично розрахувати частковий вміст елементів з двома ізотопами на основі атомних мас ізотопів, але вам потрібні лабораторні методики для елементів з більш ніж двома.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Якщо елемент має два ізотопи, ви можете знайти його частковий вміст за допомогою математики. В іншому випадку вам потрібен мас-спектрометр.
Розрахунок відносних надмірностей двох ізотопів
Розглянемо елемент із двома ізотопами мас m1 та м2. Їх дробовий достаток повинен дорівнювати рівному 1, тому, якщо достаток першого дорівнює х, достаток другого дорівнює 1 - х. Це означає
Атомна вага = м1х + м2(1 - х).
Спрощення та вирішення для x:
x = (Атомна вага - м2) ÷ (м1 - м2)
Величина x - дробовий достаток ізотопу масою m1.
Зразок обчислення
Хлор має два природні ізотопи: 35Cl, масою 34,9689 аму (атомні одиниці маси) і 37Cl, масою 36,9659 аму. Якщо атомна маса хлору становить 35,46 аму, якою є дробова кількість кожного ізотопу?
Нехай x - дробове достаток 35Кл. Згідно з наведеним вище рівнянням, якщо відпустити масу 35Cl be m1 і що з 37Cl be m2, ми отримуємо:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Дробова достаток 35Cl дорівнює 0,756 і 37Cl становить 0,244.
Більше двох ізотопів
Вчені визначають відносну кількість елементів з більш ніж двома ізотопами в лабораторії, використовуючи техніку, яка називається мас-спектрометрією. Вони випаровують зразок, що містить елемент, і бомбардують його високоенергетичними електронами. Це заряджає частинки, які є ними, спрямовані через магнітне поле, яке їх відхиляє. Більш важкі ізотопи відхиляються більше, ніж легші. Спектрометр вимірює відношення маси до заряду кожного виявленого ним ізотопу, а також вимірює числа кожного і відображає їх у вигляді серії ліній, званих спектром. Спектр схожий на стовпчасту діаграму, на якій зображено відношення маси до заряду щодо відносної кількості.