Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- Két izotóp relatív abszundenciájának kiszámítása
- Mintaszámítás
- Több, mint két izotóp
A periódusos rendszer minden elemének egyedi száma pozitív töltésű protonokat tartalmaz a magjában, de a töltés nélküli neutronok száma változhat. A különféle neutronszámú elemek atomjai az elem izotópjai. A 20 kivételével az összes elemnek egynél több a természetben előforduló izotópja, és néhány elemnek sok. A 10 természetes izotóppal rendelkező ón (Sn) a győztes ebben a kategóriában. A neutronok tömege megegyezik a protonokkal, tehát a különféle izotópok eltérő atomtömeggel rendelkeznek, és a periódusos táblázatban felsorolt elemek atomtömege az egyes izotópok átlaga, szorozva a bőséggel.
Atomsúly = ∑ (atomtömeg x relatív bőség)
Lehetőség van matematikai módon kiszámítani a két izotópú elemek frakcionált eloszlását az izotópok atomtömege alapján, de laboratóriumi technikákra van szükség kettőnél nagyobb elemeknél.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
Ha egy elemnek két izotópja van, a matematika segítségével meg lehet találni azok frakcionált eloszlását. Egyébként tömegspektrométerre van szüksége.
Két izotóp relatív abszundenciájának kiszámítása
Vegyünk egy elemet, amelynek két m tömege izotóp van1 és M2. Frakcionális bőségüknek egyenlőnek kell lennie 1-gyel, tehát ha az első bősége x, akkor a második bősége 1 - x. Ez azt jelenti, hogy
Atomsúly = m1x + m2(1 - x).
Az x egyszerűsítése és megoldása:
x = (atomsúly - m2) ÷ (m1 - m2)
Az x mennyiség az m tömegű izotóp frakcionális jelenléte1.
Mintaszámítás
A klórnak két természetben előforduló izotópja van: 35Cl, 34,9689 amu tömeggel (atomtömeg-egységek) és 37Cl, 36,9659 amu tömeggel. Ha a klór atomtömege 35,46 amu, mekkora az egyes izotópok frakcionált elõfordulása?
Legyen x a 35Cl. A fenti egyenlet szerint, ha hagyjuk a 35Cl legyen m1 és az 37Cl legyen m2, kapunk:
x = (35,46 - 36,9659) ÷ (34,9689 - 36,9659) = 0,5911 / 1,997 = -1,5059 / -1,997 = 0,756
A frakcionált bőség 35Cl értéke 0,756 és a 37Cl értéke 0,244.
Több, mint két izotóp
A tudósok a tömeg-spektrometria elnevezésű módszerrel meghatározzák a laboratóriumban a kettőnél több izotópot tartalmazó elemek relatív mennyiségét. Párologtatják az elemet tartalmazó mintát, és nagy energiájú elektronokkal bombázzák azt. Ez feltölti a részecskéket, amelyek az őket elhajló mágneses mezőn keresztül irányítják. A nehezebb izotópok jobban eltolódnak, mint a könnyebbek. A spektrométer méri az általa kimutatott izotópok tömeg-töltés arányát, megmérve az egyes számok számát, és ezeket egy sorként, spektrumnak nevezett sorként jeleníti meg. A spektrum olyan, mint egy oszlopdiagram, amely ábrázolja a tömeg-töltés arányt a relatív bőséggel szemben.