Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Τι είναι ένα ισότοπο;
- Στοιχεία με δύο ισότοπα
- Στοιχεία με περισσότερα από δύο ισότοπα
Οι πυρήνες των ατόμων περιέχουν μόνο πρωτόνια και νετρόνια και κάθε ένα από αυτά έχει εξ ορισμού μάζα περίπου 1 μονάδας ατομικής μάζας (amu). Το ατομικό βάρος κάθε στοιχείου - το οποίο δεν περιλαμβάνει τα βάρη των ηλεκτρονίων, τα οποία θεωρούνται αμελητέα - πρέπει επομένως να είναι ένας ακέραιος αριθμός. Μια γρήγορη εξέταση του περιοδικού πίνακα, ωστόσο, δείχνει ότι τα ατομικά βάρη των περισσότερων στοιχείων περιέχουν ένα δεκαδικό κλάσμα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το βάρος κάθε στοιχείου που παρατίθεται είναι ένας μέσος όρος όλων των φυσικών ισοτόπων αυτού του στοιχείου. Ένας γρήγορος υπολογισμός μπορεί να καθορίσει την ποσοστιαία αφθονία κάθε ισοτόπου ενός στοιχείου, υπό την προϋπόθεση ότι γνωρίζετε τα ατομικά βάρη των ισοτόπων. Επειδή οι επιστήμονες έχουν μετρήσει με ακρίβεια τα βάρη αυτών των ισοτόπων, γνωρίζουν ότι τα βάρη ποικίλλουν ελαφρώς από τους αναπόσπαστους αριθμούς. Αν δεν απαιτείται υψηλός βαθμός ακρίβειας, μπορείτε να αγνοήσετε αυτές τις μικρές κλασικές διαφορές κατά τον υπολογισμό των ποσοστών αφθονίας.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Μπορείτε να υπολογίσετε την εκατοστιαία αφθονία των ισοτόπων σε ένα δείγμα ενός στοιχείου με περισσότερα από ένα ισότοπα, εφόσον οι αφθονίες δύο ή λιγότερων είναι άγνωστες.
Τι είναι ένα ισότοπο;
Τα στοιχεία παρατίθενται στον περιοδικό πίνακα ανάλογα με τον αριθμό των πρωτονίων στους πυρήνες τους. Οι πυρήνες επίσης περιέχουν νετρόνια, όμως, ανάλογα με το στοιχείο, μπορεί να μην υπάρχουν κανένα, ένα, δύο, τρία ή περισσότερα νετρόνια στον πυρήνα. Το υδρογόνο (Η), για παράδειγμα, έχει τρία ισότοπα. Ο πυρήνας του 1Το Η δεν είναι παρά ένα πρωτόνιο, αλλά ο πυρήνας του δευτερίου (2Η) περιέχει ένα νετρόνιο και αυτό του τριτίου (3Η) περιέχει δύο νετρόνια. Έξι ισότοπα ασβεστίου (Ca) εμφανίζονται στη φύση, και για τον κασσίτερο (Sn), ο αριθμός είναι 10. Τα ισότοπα μπορεί να είναι ασταθή και μερικά είναι ραδιενεργά. Κανένα από τα στοιχεία που εμφανίζονται μετά το ουράνιο (U), το οποίο είναι 92ο στον περιοδικό πίνακα, έχει περισσότερα από ένα φυσικά ισότοπα.
Στοιχεία με δύο ισότοπα
Εάν ένα στοιχείο έχει δύο ισότοπα, μπορείτε εύκολα να δημιουργήσετε μια εξίσωση για να προσδιορίσετε τη σχετική αφθονία κάθε ισοτόπου με βάση το βάρος κάθε ισοτόπου (W1 και W2) και το βάρος του στοιχείου (Wμι) που αναφέρονται στον περιοδικό πίνακα. Αν υποδηλώσετε την αφθονία του ισοτόπου 1 από Χ, η εξίσωση είναι:
W1 • x + W2 • (1 - x) = Wμι
καθώς τα βάρη των δύο ισοτόπων πρέπει να προστεθούν για να δώσουν το βάρος του στοιχείου. Μόλις βρείτε (x), πολλαπλασιάστε το κατά 100 για να πάρετε ένα ποσοστό.
Για παράδειγμα, το άζωτο έχει δύο ισότοπα, 14N και 15Ν και στον περιοδικό πίνακα παρατίθεται το ατομικό βάρος του αζώτου ως 14.007. Ρυθμίζοντας την εξίσωση με αυτά τα δεδομένα, παίρνετε: 14x + 15 (1 - x) = 14.007, και επίλυση για (x), βρίσκετε την αφθονία των 14Ν είναι 0.993, ή 99.3 τοις εκατό, που σημαίνει την αφθονία του 15Το Ν είναι 0,7 τοις εκατό.
Στοιχεία με περισσότερα από δύο ισότοπα
Όταν έχετε ένα δείγμα ενός στοιχείου που έχει περισσότερα από δύο ισότοπα, μπορείτε να βρείτε τις αφθονίες δύο από αυτές, εάν γνωρίζετε τις αφθονίες των άλλων.
Για παράδειγμα, εξετάστε αυτό το πρόβλημα:
Το μέσο ατομικό βάρος του οξυγόνου (Ο) είναι 15.9994 amu. Έχει τρία φυσικά ισότοπα, 16Ο, 17O και 18Ο και αποτελείται από 0,037 τοις εκατό οξυγόνου 17O. Εάν τα ατομικά βάρη είναι 16Ο = 15,995 amu, 17Ο = 16.999 amu και 18O = 17.999 amu, ποιες είναι οι αφθονίες των άλλων δύο ισοτόπων;
Για να βρείτε την απάντηση, μετατρέψτε τα ποσοστά σε δεκαδικά κλάσματα και σημειώστε ότι η αφθονία των άλλων δύο ισοτόπων είναι (1 - 0.00037) = 0.99963.
Ορίστε μία από τις άγνωστες αφθονίες - πείτε ότι 16O - να είναι (x). Η άλλη άγνωστη αφθονία, αυτή της 18O, τότε είναι 0.99963 - x.
(ατομικό βάρος 16O) • (κλασματική αφθονία των 16O) + (ατομικό βάρος 17O) • (κλασματική αφθονία των 17O) + (ατομικό βάρος 18O) • (κλασματική αφθονία των 18Ο) = 15,9994
(15.995) • (χ) + (16.999) • (0.00037) + (17.999) • (0.99963 - χ) = 15.9994
15.995χ - 17.999χ = 15.9994 - (16.999) • (0.00037) - (17.999) (0.99963)
χ = 0,9976
Έχοντας ορίσει (x) ότι είναι η αφθονία του 16O, η αφθονία του 18Το Ο είναι τότε (0.99963 - χ) = (0.99963 - 0.9976) = 0.00203
Οι αφθονίες των τριών ισοτόπων είναι τότε:
16Ο = 99,76%
17Ο = 0,037%
18Ο = 0,203%