При взгляде на периодическую таблицу, каждый элемент имеет значение, отображаемое для атомной массы. Если присмотреться, становится ясно, что эти значения почти никогда не являются целыми числами. Это связано с обилием изотопов. В этом уроке мы узнаем, что такое содержание изотопов и как его использовать для вычисления атомного веса элемента.

Что такое изотоп?

Изотопы - это очень похожие версии одного и того же элемента, имеющие только одно отличие: количество нейтронов. Хотя эти две версии одного и того же элемента отличаются по количеству нейтронов, важно отметить, что они не отличаются по количеству протонов и электронов. В некоторых случаях изотопы могут иметь разную реакционную способность, но в большинстве случаев определяющим различием является количество нейтронов.

Распространенным примером изотопа, имеющего реакционную способность, которая отличается от известной, является углерод. Известно, что углерод является очень стабильным элементом, часто участвующим в предсказуемых реакциях. Один изотоп углерода, углерод-14, не поддается нормальной реакционной способности стабильного элемента. Углерод-14 - это встречающийся в природе изотоп углерода, который радиоактивно распадается. Подробнее об углероде читайте здесь.

Как содержание изотопов влияет на атомный вес?
Атомная масса зависит от состава протонов и нейтронов в элементе, каждый из которых весит 1 единицу атомной массы (amu). Электроны также являются важной частью элементов, но они имеют такую малую массу, что считаются незначительными при расчете атомной массы. Поскольку и протоны, и нейтроны составляют массу атома, когда элемент отличается по количеству нейтронов, это влияет на массу.

Хотя они звучат как синонимы, атомная масса и атомный вес различны. Изотопы влияют на ценность и того, и другого. Атомная масса определяется как масса отдельного атома элемента. Это исключительно расчет веса протонов и нейтронов в amu. С другой стороны, атомный вес - это средневзвешенное значение всех существующих изотопов элемента. Вот тут-то и появляется изобилие изотопов. Хотя в природе может существовать много изотопов того или иного элемента, они не существуют в равных количествах. Существует много изотопов, которые встречаются гораздо чаще, чем другие, и поэтому оказывают большее влияние на атомный вес. Если задана атомная масса изотопов элемента, а также их относительное содержание, мы можем выполнить простые шаги для вычисления атомного веса.

Использование содержания изотопов для расчета атомного веса
Как указывалось ранее, количество изотопов и их процентное содержание - это все, что необходимо для расчета атомного веса элемента. Мы можем начать с использования магния в качестве примера. Магний содержит три природных изотопа: 24 мг, 25 мг и 26 мг. Содержание каждого изотопа составляет 78,70%, 10,13% и 11,17% соответственно. Атомная масса каждого изотопа обычно очень близка к значению каждого изотопа. В этом примере масса каждого изотопа составляет 23,985 amu, 24,985 amu и 25,982 amu соответственно.

Теперь, когда у нас есть вся информация о массе и содержании, мы можем рассчитать атомный вес магния. Если у вас возникли проблемы с визуализацией всех значений, вы можете упорядочить их в таблице, чтобы сделать вашу информацию более понятной.

Изотоп Атомная масса (amu) Процентное содержание (%)
24 Мг 23.985 78.70%
25 Мг 24.985 10.13%
26 Мг 25.982 11.17%

Мы начинаем с умножения массы каждого изотопа на его количество. Это можно сделать двумя способами.

Во-первых, мы можем напрямую умножить массу на процент:

23,985 а.е.м. (78,70) = 1887,6 а.е.м.

С другой стороны, мы можем изменить процент на десятичную дробь из единицы, а затем умножить на массу. Это можно сделать, разделив процент на 100.

23,985 amu (0,7870)= 18,876 amu

При использовании обоих этих методов следующим шагом является повторение для других изотопов и сложение значений вместе.

Способ 1:
23.985 amu (78.70) + 24.985 amu (10.13) + 25.982 amu (11.17) =

1887.6 amu + 253.09 amu + 290.21 amu = 2430.90 amu

Способ 2:
23.985 amu (0.7870) + 24.985 amu (0.1013) + 25.982 amu (0.1117) = 24.3090 amu

Если вы следуете первому методу, последним шагом является деление продукта на 100, чтобы компенсировать, что проценты являются целыми числами.

2430,90 amu / 100 = 24,3090 amu

Теперь, когда мы получили одинаковое значение для обоих методов, последний шаг - убедиться, что в вашем ответе правильное количество значащих цифр. В этом случае конечное значение составляет 24,31 amu.

Другие примеры
Теперь, когда вы увидели общий пример того, как вычислить атомную массу по содержанию изотопов, мы можем понять другие проблемы, связанные с содержанием изотопов.

Вычисление обилия для атомной массы и атомного веса
Литий состоит из двух изотопов, 6 Li и 7 Li, с массами 6 amu и 7 amu соответственно. Если литий имеет атомный вес 6,94 а.е.м., мы можем определить содержание каждого изотопа. Сначала мы определяем единицу. из изобилия в виде x. В этом случае обилие 6 Li будет равно x. Это означает, что содержание 7 Li = 1-x. Используя то, что мы узнали выше, мы можем составить уравнение.

6 amu (x) + 7 amu (1-x) = 6,94 amu

Существует только одна переменная, поэтому мы можем легко решить для x .

6x + 7 – 7x = 6,94

6x-7x = -0,06

-x = -0,06

х= 0,06

Теперь, когда мы нашли изобилие 6 Li, мы можем использовать 1-x, чтобы найти 7 Li.

1-0.06= 0.94

Итак, мы определили, что содержание 6 Li и 7 Li составляет 6% и 94% соответственно.