Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Mis on isotoop?
- Kahe isotoobiga elemendid
- Elemendid, milles on rohkem kui kaks isotoopi
Aatomite tuumad sisaldavad ainult prootoneid ja neutroneid ning nende kõigi mass on määratluse järgi umbes 1 aatommassiühik (amu). Seetõttu peaks iga elemendi aatommass - mis ei hõlma tähtsusetuks peetavate elektronide kaalu - olema täisarv. Perioodilise tabeli kiire tutvumine näitab aga, et enamiku elementide aatommassid sisaldavad kümnendmurdu. Selle põhjuseks on asjaolu, et iga elemendi loetletud mass on selle elemendi kõigi looduslikult esinevate isotoopide keskmine. Kiire arvutuse abil on võimalik kindlaks määrata elemendi iga isotoobi protsentuaalne arvukus, eeldusel, et teate isotoopide aatommassi. Kuna teadlased on nende isotoopide kaalu täpselt mõõtnud, teavad nad, et nende mass erineb integraalarvudest pisut. Kui pole vaja suurt täpsust, võite arvukuse protsendi arvutamisel neid väikseid murdosalisi erinevusi tähelepanuta jätta.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Isotoopide protsentuaalse arvukuse saab arvutada elemendi proovis, kus on rohkem kui üks isotoop, kui kahe või enama isendi tüüpi arvukus pole teada.
Mis on isotoop?
Elemendid on loetletud perioodilises tabelis vastavalt tuumades olevate prootonite arvule. Tuumad sisaldavad ka neutroneid, kuid olenevalt elemendist ei pruugi tuumas olla ühtegi, ühte, kahte, kolme või enamat neutronit. Vesinikul (H) on näiteks kolm isotoopi. Tuum 1H pole midagi muud kui prooton, kuid deuteeriumi tuum (2H) sisaldab neutronit ja triitiumi (3H) sisaldab kahte neutronit. Looduses on kuus kaltsiumi (Ca) isotoopi ja tina (Sn) korral on arv 10. Isotoobid võivad olla ebastabiilsed ja mõned neist on radioaktiivsed. Ühelgi perioodilisustabelis 92. kohal oleva uraani (U) järel esinevast elemendist pole rohkem kui üks looduslik isotoop.
Kahe isotoobiga elemendid
Kui elemendil on kaks isotoopi, saate hõlpsalt moodustada võrrandi, et määrata iga isotoobi suhteline arvukus iga isotoobi massi (W1 ja W2) ja elemendi mass (We) loetletud perioodilises tabelis. Kui tähistada 1. isotoobi arvukust x, võrrand on järgmine:
W1 • x + W2 • (1 - x) = We
kuna mõlema isotoobi massid peavad elemendi kaalu saamiseks lisama. Kui olete leidnud (x), korrutage see protsendiga 100-ga.
Näiteks lämmastikul on kaks isotoopi, 14N ja 15N ja perioodilisustabelis on lämmastiku aatommassiks märgitud 14,007. Kui seadistate võrrandi nende andmetega, saate tulemuseks: 14x + 15 (1 - x) = 14,007 ja kui lahendada (x), leiate arvukalt 14N on 0,993 ehk 99,3 protsenti, mis tähendab 15N on 0,7 protsenti.
Elemendid, milles on rohkem kui kaks isotoopi
Kui teil on elemendi proov, milles on rohkem kui kaks isotoopi, võite leida nende kahe arvukuse, kui teate teiste arvukust.
Mõelge sellele probleemile näiteks:
Hapniku (O) keskmine aatommass on 15 9994 amu. Sellel on kolm looduslikult esinevat isotoopi, 16O, 17O ja 18O ja 0,037 protsenti hapnikust koosneb 17O. Kui aatommassid on 16O = 15,995 amu, 17O = 16 999 amu ja 18O = 17 999 amu, mis on ülejäänud kahe isotoobi arvukus?
Vastuse leidmiseks teisendage protsendid kümnendmurdudeks ja pange tähele, et ülejäänud kahe isotoobi arvukus on (1 - 0,00037) = 0,99963.
Määrake üks tundmatu arvukus - öelge, et 16O - olema (x). Teine tundmatu arvukus, see 18O on siis 0,99963 - x.
(aatommass) 16O) • (fraktsioneeriv arvukus) 16O) + (aatommass 0,5%) 17O) • (fraktsioneeriv arvukus) 17O) + (aatommass 0,5%) 18O) • (fraktsioneeriv arvukus) 18O) = 159994
(15.995) • (x) + (16.999) • (0.00037) + (17.999) • (0.99963 - x) = 15.9994
15,995x - 17999x = 159994 - (16999) • (0,00037) - (17999) (0,99963)
x = 0,9976
Olles määratlenud, et x on arvukus 16O, arvukus 18O on siis (0,99963 - x) = (0,99963 - 0,9976) = 0,00203
Kolme isotoobi arvukus on järgmine:
16O = 99,76%
17O = 0,037%
18O = 0,203%