Kuidas leida isotoobi murdosa arvukus

Sisu

• TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
• Kahe isotoobi suhtelise ülejäägi arvutamine
• Proovi arvutamine
• Rohkem kui kaks isotoopi

Perioodilise tabeli igal elemendil on unikaalne arv positiivselt laetud prootoneid, kuid neutronite arv, millel laeng puudub, võib varieeruda. Erineva arvu neutronite arvuga elemendi aatomid on selle elemendi isotoobid. Kõigil elementidel peale 20 on rohkem kui üks looduslikult esinev isotoop ja mõnel elemendil on neid palju. Selles kategoorias on võitjaks 10 loodusliku isotoobiga tina (Sn). Neutronitel on sama mass kui prootonitel, seega on erinevatel isotoopidel erinevad aatommassid ja perioodilisustabelis loetletud elemendi aatommass on iga isotoobi keskmine, korrutatuna selle arvukusega.

Aatommass = ∑ (aatommass x suhteline arvukus)

Kahe isotoobiga elementide fraktsionaalset arvukust on võimalik matemaatiliselt arvutada isotoopide aatommasside põhjal, kuid rohkem kui kahe elemendi jaoks on vaja laboratoorseid tehnikaid.

TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)

Kui elemendil on kaks isotoopi, saate nende murdosa arvukuse leida matemaatika abil. Vastasel juhul vajate massispektromeetrit.

Kahe isotoobi suhtelise ülejäägi arvutamine

Vaatleme elementi, millel on kaks massi isotoopi m₁ ja m₂. Nende murdarvuline arv peab olema võrdne 1-ga, nii et kui esimese arvukus on x, siis teise arvukus on 1 - x. See tähendab

Aatommass = m₁x + m₂(1 - x).

X-i lihtsustamine ja lahendamine:

x = (aatommass - m₂) ÷ (m₁ - m₂)

Kogus x on isotoobi murdosaarv massiga m₁.

Proovi arvutamine

Klooril on kaks looduslikult esinevat isotoopi: ³⁵Cl, massiga 34,9689 amu (aatommassiühikud) ja ³⁷Cl, massiga 36,9659 amu. Kui kloori aatommass on 35,46 amu, siis kui suur on iga isotoobi osakaal?

Olgu x murdarvuline arv ³⁵Kl. Ülaltoodud võrrandi kohaselt, kui lastakse massil ³⁵Cl olema m₁ ja see ³⁷Cl olema m₂, saame:

x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756

Fraktsioneeriv arvukus ³⁵Cl on 0,756 ja see on ³⁷Cl on 0,244.

Rohkem kui kaks isotoopi

Teadlased määravad laboratooriumis enam kui kahe isotoobiga elementide suhtelise arvukuse, kasutades meetodit, mida nimetatakse massispektromeetriaks. Nad aurustavad elementi sisaldava proovi ja pommitavad seda suure energiatarbega elektronidega. See laadib osakesi, mis on need suunatud läbi neid suunava magnetvälja. Raskemad isotoobid painduvad rohkem kui kergemad. Spektromeeter mõõdab iga tuvastatud isotoobi massi ja laengu suhet, mõõdab iga isotoobi numbreid ja kuvab need ridadena, mida nimetatakse spektriks. Spekter on nagu tulpdiagramm, mis kujutab massi ja laengu suhet suhtelise arvukusega.