תוֹכֶן
גרעיני האטומים מכילים רק פרוטונים ונויטרונים, ולכל אחד מהם יש, בהגדרה, מסה של יחידת מסה אטומית בערך (amu). המשקל האטומי של כל יסוד - שאינו כולל משקולות של אלקטרונים, הנחשבים זניח - צריך אפוא להיות מספר שלם. אולם, עיון מהיר בטבלה המחזורית מראה כי משקלי האטום של מרבית היסודות מכילים שבר עשרוני. הסיבה לכך היא שמשקלו המופיע של כל יסוד הוא ממוצע של כל האיזוטופים הטבעיים של אותו יסוד. חישוב מהיר יכול לקבוע את אחוז השפע של כל איזוטופ של יסוד, בתנאי שאתה מכיר את המשקל האטומי של האיזוטופים. מכיוון שמדענים מדדו במדויק את משקלי איזוטופים אלה, הם יודעים שהמשקולות שונות מעט ממספרים אינטגרליים. אלא אם כן יש צורך ברמת דיוק גבוהה, אתה יכול להתעלם מההבדלים השברים הקלים הללו בעת חישוב אחוזי השפע.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
אתה יכול לחשב את אחוז השפע של איזוטופים במדגם של יסוד עם יותר מאיזוטופ אחד, כל עוד לא ידועים שפע של שניים או פחות.
מהי איזוטופ?
האלמנטים מופיעים בטבלה המחזורית על פי מספר הפרוטונים בגרעינים שלהם. גרעינים מכילים גם נויטרונים, ובהתאם לאלמנט, יתכן ויהיו אף אחד, שניים, שלושה או יותר נויטרונים בגרעין. למימן (H), למשל, יש שלושה איזוטופים. הגרעין של 1H אינו אלא פרוטון, אלא גרעין הדוטריום (2H) מכיל נויטרון וזה של טריטיום (3ח) מכיל שני נויטרונים. שישה איזוטופים של סידן (Ca) מופיעים בטבע, ועבור פח (Sn) המספר הוא 10. איזוטופים עשויים להיות לא יציבים וחלקם רדיואקטיביים. לאף אחד מהיסודות המופיעים לאחר אורניום (U), המופיע במקום ה -92 בטבלה המחזורית, אין יותר מאיזוטופ טבעי.
אלמנטים עם שני איזוטופים
אם לאלמנט יש שני איזוטופים, תוכלו להגדיר בקלות משוואה כדי לקבוע את השפע היחסי של כל איזוטופ על בסיס המשקל של כל איזוטופ (W1 ו- W2) ומשקל האלמנט (Wה) המופיעים בטבלה המחזורית. אם אתה מציין את שפע האיזוטופ 1 על ידי איקס, המשוואה היא:
W1 • x + וו2 • (1 - x) = Wה
מכיוון שמשקלי שני האיזוטופים חייבים להוסיף בכדי לתת את משקל היסוד. לאחר שתמצא (x), הכפיל אותו ב 100 כדי לקבל אחוז.
לדוגמה, לחנקן יש שני איזוטופים, 14N ו- 15N והטבלה המחזורית מונה את המשקל האטומי של החנקן כ- 14.007. הגדרת המשוואה עם נתונים אלה, תקבל: 14x + 15 (1 - x) = 14.007, ופתרון עבור (x), אתה מוצא את השפע של 14N יהיה 0.993, או 99.3 אחוזים, כלומר השפע של 15ה- N הוא 0.7 אחוז.
אלמנטים עם יותר משני איזוטופים
כשיש לך דוגמא ליסוד שיש בו יותר משני איזוטופים, אתה יכול למצוא את השפע של שניים מהם אם אתה יודע את השפע של האחרים.
כדוגמה, שקול בעיה זו:
המשקל האטומי הממוצע של חמצן (O) הוא 15.9994 אמו. יש לו איזוטופים טבעיים המופיעים באופן טבעי, 16הו, 17O ו- 18O, ו- 0.037 אחוז מהחמצן מורכב 17O. אם המשקלים האטומיים הם 16O = 15.995 אמו, 17O = 16.999 אמו ו 18O = 17.999 אמו, מהם השפע של שני האיזוטופים האחרים?
כדי למצוא את התשובה, המירו אחוזים לשברים עשרוניים ושימו לב כי השפע של שני האיזוטופים האחרים הוא (1 - 0.00037) = 0.99963.
קבע אחד מהשפע הלא ידוע - אמור את זה של 16O - להיות (x). השפע הלא ידוע האחר, זה של 18O, אז הוא 0.99963 - x.
משקל אטומי של 16O) • (שפע חלקי של 16O) + (משקל אטומי של 17O) • (שפע חלקי של 17O) + (משקל אטומי של 18O) • (שפע חלקי של 18O) = 15.9994
(15.995) • (x) + (16.999) • (0.00037) + (17.999) • (0.99963 - x) = 15.9994
15.995x - 17.999x = 15.9994 - (16.999) • (0.00037) - (17.999) (0.99963)
x = 0.9976
לאחר שהגדרת (x) להיות השפע של 16הו, השפע של 18O הוא אז (0.99963 - x) = (0.99963 - 0.9976) = 0.00203
השפע של שלושת האיזוטופים הוא אם כן:
16O = 99.76%
17O = 0.037%
18O = 0.203%