Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Kahden isotoopin suhteellisten tarpeiden laskeminen
- Näytteen laskeminen
- Enemmän kuin kaksi isotooppia
Jaksotaulukon jokaisella elementillä on ainutlaatuinen määrä positiivisesti varautuneita protoneja ytimessä, mutta neutronien lukumäärä, joilla ei ole varausta, voi vaihdella. Elementin atomit, joilla on eri määrä neutroneja, ovat kyseisen elementin isotooppeja. Kaikissa paitsi 20 elementissä on useampi kuin yksi luonnossa esiintyvä isotooppi, ja joillakin elementeillä on paljon. Tina (Sn), jossa on 10 luonnollista isotooppiä, on voittaja tässä kategoriassa. Neutronien massa on sama kuin protonien, joten eri isotoopeilla on erilaiset atomimassat, jaksollisessa taulukossa mainitun elementin atomipaino on kunkin isotoopin keskiarvo kerrottuna sen runsaudella.
Atomipaino = ∑ (atomimassa x suhteellinen runsaus)
On mahdollista laskea matemaattisesti laskennalliset määrät elementeille, joilla on kaksi isotooppiä, isotooppien atomimassojen perusteella, mutta tarvitset laboratoriotekniikoita elementeille, joissa on enemmän kuin kaksi.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Jos elementissä on kaksi isotooppiä, löydät niiden murto-osuudet matematiikan avulla. Muuten tarvitset massaspektrometrin.
Kahden isotoopin suhteellisten tarpeiden laskeminen
Tarkastellaan elementtiä, jolla on kaksi massan isotooppi m1 ja m2. Heidän murto-osuuksiensa on lisättävä yhtä suureen 1, joten jos ensimmäisen runsaus on x, toisen runsaus on 1 - x. Tämä tarkoittaa
Atomipaino = m1x + m2(1 - x).
X: n yksinkertaistaminen ja ratkaiseminen:
x = (atomipaino - m2) ÷ (m1 - m2)
Määrä x on isotoopin jakeellinen runsaus massalla m1.
Näytteen laskeminen
Kloorilla on kaksi luonnossa esiintyvää isotooppi: 35Cl, jonka massa on 34,9689 amu (atomimassayksiköt) ja 37Cl, massa 36,9659 amu. Jos kloorin atomipaino on 35,46 amu, mitkä ovat kunkin isotoopin fraktiopitoisuudet?
Olkoon x murto-osa 35Cl. Yllä olevan yhtälön mukaan, jos annamme massan 35Cl olla m1 ja se 37Cl olla m2, saamme:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
Fraktioitu runsaus 35Cl on 0,756 ja 37Cl on 0,244.
Enemmän kuin kaksi isotooppia
Tutkijat määrittävät laboratoriossa yli kahden isotoopin sisältävien elementtien suhteellisen määrän massaspektrometriaksi kutsutulla tekniikalla. Ne höyrystävät elementtiä sisältävän näytteen ja pommittavat sitä korkean energian elektroneilla. Tämä lataa hiukkaset, jotka ovat niitä ohjaamassa niitä taipuvan magneettikentän läpi. Raskaammat isotoopit taipuvat enemmän kuin kevyemmät. Spektrometrillä mitataan kunkin havaitsemansa isotoopin massa-varaussuhde, mitataan kunkin lukumäärä ja esitetään ne rivisarjana, jota kutsutaan spektriksi. Spektri on kuin pylväsdiagrammi, joka kuvaa massan ja varauksen suhteen suhteelliseen runsauteen nähden.