Cum să găsești abundența fracțională a unui izotop

Conţinut

• TL; DR (Prea lung; nu a citit)
• Calcularea abundențelor relative a doi izotopi
• Calculul eșantionului
• Mai mult de doi izotopi

Fiecare element din tabelul periodic are un număr unic de protoni încărcați pozitiv în nucleul său, dar numărul de neutroni, care nu au nicio încărcare, poate varia. Atomii unui element cu un număr diferit de neutroni sunt izotopi ai acelui element. Toate, cu excepția a 20 de elemente, au mai mult de un izotop care apare în mod natural, iar unele elemente au multe. Tin (Sn), cu 10 izotopi naturali, este câștigătorul din această categorie. Neutronii au aceeași masă ca protonii, deci izotopii diferiți au mase atomice diferite, iar greutatea atomică a unui element enumerat în tabelul periodic este o medie a fiecărui izotop multiplicat de abundența sa.

Greutatea atomică = ∑ (masa atomică x abundența relativă)

Este posibil să calculăm matematic abundențele fracționale pentru elementele cu doi izotopi pe baza maselor atomice ale izotopilor, dar aveți nevoie de tehnici de laborator pentru elemente cu mai mult de doi.

TL; DR (Prea lung; nu a citit)

Dacă un element are doi izotopi, puteți găsi abundențele fracționate ale acestora folosind matematica. În caz contrar, aveți nevoie de un spectrometru de masă.

Calcularea abundențelor relative a doi izotopi

Luați în considerare un element cu doi izotopi de mase m₁ si m₂. Abundențele fracționare ale acestora trebuie să fie egale cu 1, deci dacă abundența primului este x, abundența celei de-a doua este 1 - x. Asta înseamnă

Greutate atomică = m₁x + m₂(1 - x).

Simplificarea și rezolvarea pentru x:

x = (Greutatea atomică - m₂) ÷ (m₁ - m₂)

Cantitatea x este abundența fracțională a izotopului cu masa m₁.

Calculul eșantionului

Clorul are doi izotopi naturali: ³⁵Cl, cu o masă de 34.9689 amu (unități de masă atomică) și ³⁷Cl, cu o masă de 36.9659 amu. Dacă greutatea atomică a clorului este de 35,46 amu, care sunt abundențele fracționale ale fiecărui izotop?

Fie x abundența fracționată a ³⁵Cl. Conform ecuației de mai sus, dacă lăsăm masa din ³⁵Cl fie m₁ și acela al ³⁷Cl fie m₂, primim:

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

Abundența fracționată a ³⁵Cl este 0,756 și cea a ³⁷Cl este 0,244.

Mai mult de doi izotopi

Oamenii de știință determină abundențe relative de elemente cu mai mult de doi izotopi în laborator folosind o tehnică numită spectrometrie de masă. Acestea vaporizează un eșantion care conține elementul și îl bombardează cu electroni cu energie mare. Aceasta încarcă particulele, care sunt direcționate printr-un câmp magnetic care le deviază. Izotopii mai grei sunt deviați mai mult decât cei mai ușori. Spectrometrul măsoară raportul masă-sarcină al fiecărui izotop pe care îl detectează, precum și măsurarea numerelor fiecăruia și afișarea acestora ca o serie de linii, numite spectru. Spectrul este ca un grafic cu bare care reprezintă raportul masă-sarcină împotriva abundenței relative.