Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Relatieve overvloed van twee isotopen berekenen
- Voorbeeldberekening
- Meer dan twee isotopen
Elk element in het periodiek systeem heeft een uniek aantal positief geladen protonen in zijn kern, maar het aantal neutronen, dat geen lading heeft, kan variëren. Atomen van een element met verschillende aantallen neutronen zijn isotopen van dat element. Alle elementen behalve 20 hebben meer dan één natuurlijk voorkomend isotoop, en sommige elementen hebben er veel. Tin (Sn), met 10 natuurlijke isotopen, is de winnaar in deze categorie. Neutronen hebben dezelfde massa als protonen, dus verschillende isotopen hebben verschillende atoommassa's, en het atoomgewicht van een element in het periodiek systeem is een gemiddelde van elke isotoop vermenigvuldigd met zijn overvloed.
Atoomgewicht = ∑ (atoommassa x relatieve abundantie)
Het is mogelijk om fractionele abundanties voor elementen met twee isotopen wiskundig te berekenen op basis van de atoommassa's van de isotopen, maar je hebt labtechnieken nodig voor elementen met meer dan twee.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Als een element twee isotopen heeft, kunt u hun fractionele overvloed vinden met behulp van wiskunde. Anders heb je een massaspectrometer nodig.
Relatieve overvloed van twee isotopen berekenen
Beschouw een element met twee isotopen van massa's m1 en M2. Hun fractionele overvloed moet optellen bij gelijk aan 1, dus als de overvloed van de eerste x is, is de overvloed van de tweede 1 - x. Dit betekent
Atoomgewicht = m1x + m2(1 - x).
Vereenvoudigen en oplossen van x:
x = (Atoomgewicht - m2) ÷ (m1 - m2)
De hoeveelheid x is de fractionele overvloed van de isotoop met massa m1.
Voorbeeldberekening
Chloor heeft twee natuurlijk voorkomende isotopen: 35Cl, met een massa van 34,9689 amu (atomaire massa-eenheden) en 37Cl, met een massa van 36.9659 amu. Als het atoomgewicht van chloor 35,46 amu is, wat zijn de fractionele hoeveelheden van elke isotoop?
Laat x de fractionele overvloed zijn van 35Cl. Volgens de bovenstaande vergelijking, als we de massa van laten 35Cl be m1 en die van 37Cl be m2, we krijgen:
x = (35.46 - 36.9659) ÷ (34.9689 - 36.9659) = 0.5911 / 1.997 = -1.5059 / -1.997 = 0.756
De fractionele overvloed van 35Cl is 0,756 en die van 37Cl is 0,264.
Meer dan twee isotopen
Wetenschappers bepalen relatieve hoeveelheden elementen met meer dan twee isotopen in het laboratorium met behulp van een techniek genaamd massaspectrometrie. Ze verdampen een monster dat het element bevat en bombarderen het met hoogenergetische elektronen. Dit laadt de deeltjes op, die ze zijn gericht door een magnetisch veld dat ze afbuigt. De zwaardere isotopen worden meer afgebogen dan de lichtere. De spectrometer meet de massa-ladingverhouding van elke isotoop die hij detecteert, meet de aantallen van elk en geeft deze weer als een reeks lijnen, een spectrum genoemd. Het spectrum is als een staafdiagram dat de massa-ladingverhouding uitzet tegen de relatieve overvloed.