Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Расчет относительного содержания двух изотопов
- Пример расчета
- Более двух изотопов
Каждый элемент в периодической таблице имеет уникальное количество положительно заряженных протонов в своем ядре, но число нейтронов, которые не имеют заряда, может варьироваться. Атомы элемента с различным числом нейтронов являются изотопами этого элемента. Все элементы, кроме 20, имеют более одного природного изотопа, а некоторые элементы имеют много. Олово (Sn) с 10 естественными изотопами является победителем в этой категории. Нейтроны имеют одинаковую массу с протонами, поэтому разные изотопы имеют разные атомные массы, и атомный вес элемента, указанного в периодической таблице, представляет собой среднее значение каждого изотопа, умноженное на его содержание.
Атомный вес = ∑ (атомная масса х относительное содержание)
Можно математически рассчитать дробные содержания для элементов с двумя изотопами на основе атомных масс изотопов, но вам нужны лабораторные методы для элементов с более чем двумя.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Если элемент имеет два изотопа, вы можете найти их дробное содержание, используя математику. В противном случае вам нужен масс-спектрометр.
Расчет относительного содержания двух изотопов
Рассмотрим элемент с двумя изотопами масс m1 И м2, Их дробные значения должны быть добавлены равными 1, поэтому, если изобилие первого равно x, обилие второго равно 1 - x. Это означает
Атомный вес = м1х + м2(1 - х).
Упрощение и решение для х:
х = (атомный вес - м2) ÷ (м1 - м2)
Величина х - это относительное содержание изотопа с массой м1.
Пример расчета
Хлор имеет два естественных изотопа: 35Cl с массой 34,9689 а.е.м. (атомные единицы массы) и 37Cl, с массой 36,9659 а.е.м. Если атомный вес хлора составляет 35,46 а.е.м., каковы фракционные содержания каждого изотопа?
Пусть х будет дробным изобилием 35Cl. Согласно приведенному выше уравнению, если мы допустим массу 35Cl быть м1 и что из 37Cl быть м2, мы получили:
х = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Дробное изобилие 35Cl составляет 0,756 и 37Cl составляет 0,244.
Более двух изотопов
Ученые определяют относительное содержание элементов с более чем двумя изотопами в лаборатории, используя метод, называемый масс-спектрометрией. Они испаряют образец, содержащий элемент, и бомбардируют его электронами высокой энергии. Это заряжает частицы, которые они направляют через магнитное поле, которое отклоняет их. Более тяжелые изотопы отклоняются больше, чем более легкие. Спектрометр измеряет отношение массы к заряду каждого изотопа, который он обнаруживает, а также измеряет количество каждого из них и отображает их в виде серии линий, называемых спектром. Спектр похож на гистограмму, которая отображает отношение массы к заряду относительно относительного содержания.