Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Изчисляване на относително изобилие от два изотопа
- Изчисляване на пример
- Повече от два изотопа
Всеки елемент в периодичната таблица има уникален брой положително заредени протони в ядрото си, но броят на неутроните, които нямат заряд, може да варира. Атомите на елемент с различен брой неутрони са изотопи на този елемент. Всички, освен 20 елемента, имат повече от един естествено срещащ се изотоп, а някои елементи имат много. Калай (Sn), с 10 естествени изотопа, е победителят в тази категория. Неутроните имат същата маса като протоните, така че различните изотопи имат различни атомни маси, а атомното тегло на елемент, изброен в периодичната таблица, е средно на всеки изотоп, умножено по неговото изобилие.
Атомно тегло = ∑ (атомна маса x относително изобилие)
Възможно е математически да се изчислят частични изобилия за елементи с два изотопа на базата на атомните маси на изотопите, но се нуждаете от лабораторни техники за елементи с повече от два.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Ако един елемент има два изотопа, можете да намерите техните дробни изобилия, като използвате математиката. В противен случай се нуждаете от масспектрометър.
Изчисляване на относително изобилие от два изотопа
Помислете за елемент с два изотопа от маси m1 и m2, Тяхното дробно изобилие трябва да е равно на 1, така че ако изобилието на първото е x, изобилието на второто е 1 - x. Това означава
Атомно тегло = m1x + m2(1 - х).
Опростяване и решаване на х:
x = (Атомно тегло - m2) ÷ (m1 - м2)
Количеството x е фракционното изобилие на изотопа с маса m1.
Изчисляване на пример
Хлорът има два естествено срещащи се изотопа: 35Cl, с маса 34,9689 amu (атомни единици за маса) и 37Cl, с маса 36,9659 amu. Ако атомното тегло на хлора е 35,46 amu, какви са фракционните изобилия на всеки изотоп?
Нека x е дробното изобилие на 35Cl. Според уравнението по-горе, ако оставим масата на 35Cl да m1 и тази на 37Cl да m2, получаваме:
x = (35.46 - 36.9659) ÷ (34.9689 - 36.9659) = 0.5911 / 1.997 = -1.5059 / -1.997 = 0.756
Дробното изобилие на 35Cl е 0,756 и това на 37Cl е 0,244.
Повече от два изотопа
Учените определят относително изобилие от елементи с повече от два изотопа в лабораторията, използвайки техника, наречена мас-спектрометрия. Те изпаряват проба, съдържаща елемента и я бомбардират с високоенергийни електрони. Това зарежда частиците, които са насочени през магнитно поле, което ги отклонява. По-тежките изотопи се отклоняват повече от по-леките. Спектрометърът измерва съотношението маса към заряд на всеки изотоп, който открива, както и измерва числата на всеки от тях и ги показва като поредица от линии, наречени спектър. Спектърът е като графична графика, която начертава съотношение маса-заряд спрямо относително изобилие.