Sadržaj
Jezgre atoma sadrže samo protone i neutrone, a svaki od njih po definiciji ima masu od približno 1 atomske jedinice mase (amu). Atomska težina svakog elementa - koja ne uključuje mase elektrona, koje se smatraju zanemarivim - trebala bi, dakle, biti čitava brojka. Međutim, brza analiza periodične tablice pokazuje da atomska masa većine elemenata sadrži decimalni ulomak. To je zato što je navedena težina svakog elementa prosjek svih prirodnih izotopa tog elementa. Brzim proračunom može se odrediti količina postotka svakog izotopa nekog elementa, pod uvjetom da znate atomsku masu izotopa. Budući da su znanstvenici precizno izmjerili težinu ovih izotopa, znaju da se težine malo razlikuju od integralnih brojeva. Ako vam nije potreban visoki stupanj točnosti, ove male razlike frakcije možete zanemariti prilikom izračunavanja postotaka obilja.
TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
Možete izračunati postotak izotopa u uzorku elementa s više izotopa sve dok su obilje dva ili manje nepoznata.
Što je izotop?
Elementi su navedeni u periodičnoj tablici prema broju protona u njihovim jezgrama. Nuklei također sadrže neutrone, međutim, ovisno o elementu, u jezgri može biti nijedan, jedan, dva, tri ili više neutrona. Primjerice, vodik (H) ima tri izotopa. Jezgra od 1H nije ništa drugo nego proton, nego jezgra deuterija (2H) sadrži neutron i trijum (3H) sadrži dva neutrona. U prirodi se nalazi šest izotopa kalcija (Ca), a za kositar (Sn) broj je 10. Izotopi mogu biti nestabilni, a neki su radioaktivni. Nijedan od elemenata koji nastaju nakon Urana (U), koji je 92. u periodičnoj tablici, nema više od jednog prirodnog izotopa.
Elementi s dva izotopa
Ako element ima dva izotopa, možete lako postaviti jednadžbu da biste odredili relativno obilje svakog izotopa na temelju težine svakog izotopa (W1 i W2) i težinu elementa (We) navedenim u periodičnoj tablici. Ako obilje izotopa 1 označite sa x, jednadžba je:
W1 • x + W2 • (1 - x) = We
budući da se mase oba izotopa moraju dodati da bi se dobila težina elementa. Jednom kada pronađete (x), pomnožite ga sa 100 da biste dobili postotak.
Na primjer, dušik ima dva izotopa, 14N i 15N, a periodična tablica navodi atomsku težinu dušika kao 14.007. Postavljanjem jednadžbe s ovim podacima dobivate: 14x + 15 (1 - x) = 14,007, i rješavajući se za (x), nalazićete obilje 14N biti 0,993, ili 99,3 posto, što znači obilje 15N je 0,7 posto.
Elementi s više od dva izotopa
Kad imate uzorak elementa koji ima više od dva izotopa, možete pronaći obilje dvaju njih, ako znate obilje ostalih.
Kao primjer, uzmite u obzir ovaj problem:
Prosječna atomska masa kisika (O) je 15,9994 amu. Ima tri prirodna izotopa, 16O, 17O i 18O i čine 0,037 posto kisika 17O. Ako su atomske težine 16O = 15,995 amu, 17O = 16.999 amu i 18O = 17.999 amu, koja su obilje u ostala dva izotopa?
Da biste pronašli odgovor, pretvorite postotak u decimalne ulomke i imajte na umu da je obilje ostala dva izotopa (1 - 0,00037) = 0,99963.
Postavite jedno nepoznato obilje - recite to od 16O - biti (x). Drugo nepoznato obilje, ono od 18O, tada je 0,99963 - x.
(atomska težina od 16O) • (frakcijsko obilje od 16O) + (atomska težina od 17O) • (frakcijsko obilje od 17O) + (atomska težina od 18O) • (frakcijsko obilje od 180) = 15.9994
(15.995) • (x) + (16.999) • (0.00037) + (17.999) • (0.99963 - x) = 15.9994
15.995x - 17.999x = 15.9994 - (16.999) • (0.00037) - (17.999) (0.99963)
x = 0,9976
Određujući (x) obilježje 16O, obilje 18O je tada (0.99963 - x) = (0.99963 - 0.9976) = 0.00203
Tada su izobilja tri izotopa:
16O = 99,76%
17O = 0,037%
18O = 0,203%