Αφθονία ισοτόπων και μέση ατομική μάζα

Βασικές έννοιες

Όταν κοιτάμε τον περιοδικό πίνακα, κάθε στοιχείο έχει μια τιμή για την ατομική μάζα. Αν κοιτάξετε προσεκτικά, είναι σαφές ότι αυτές οι τιμές δεν είναι σχεδόν ποτέ ακέραιοι αριθμοί. Αυτό οφείλεται στην αφθονία ισοτόπων . Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθουμε τι είναι η αφθονία των ισοτόπων και πώς να τη χρησιμοποιήσουμε για τον υπολογισμό του ατομικού βάρους ενός στοιχείου.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Τρόπος ανάγνωσης του περιοδικού πίνακα
• Ποσοτικοποίηση πρωτονίων, νετρονίων και ηλεκτρονίων
• Πυρηνικές αντιδράσεις

Λεξιλόγιο

• Ισότοπο: όταν ένα στοιχείο έχει διαφορετική μορφή στην οποία περιέχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων, αλλά διαφέρει στον αριθμό των νετρονίων.
• Πρωτόνιο: Θετικά φορτισμένο υποατομικό σωματίδιο που βρίσκεται στον πυρήνα ενός ατόμου.
• Νετρόνιο: Ουδέτερα φορτισμένο υποατομικό σωματίδιο που βρίσκεται στον πυρήνα ενός ατόμου.

Τι είναι το ισότοπο;

Τα ισότοπα είναι πολύ παρόμοιες εκδόσεις του ίδιου στοιχείου, έχοντας μόνο μία διαφορά:τον αριθμό των νετρονίων. Αν και αυτές οι δύο εκδοχές του ίδιου στοιχείου διαφέρουν ως προς τον αριθμό των νετρονίων, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι δεν διαφέρουν στον αριθμό των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα ισότοπα μπορεί να έχουν διαφορετική αντιδραστικότητα, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις, η καθοριστική διαφορά είναι ο αριθμός των νετρονίων.

Ένα κοινό παράδειγμα ισοτόπου που έχει αντιδραστικότητα που διαφέρει από αυτό για το οποίο είναι γνωστό το στοιχείο είναι ο άνθρακας. Ο άνθρακας είναι γνωστό ότι είναι ένα πολύ σταθερό στοιχείο, που συχνά εμπλέκεται σε προβλέψιμες αντιδράσεις. Ένα ισότοπο άνθρακα, ο άνθρακας-14, αψηφά την κανονική αντιδραστικότητα του σταθερού στοιχείου. Ο άνθρακας-14 είναι ένα φυσικά ισότοπο άνθρακα που διασπάται ραδιενεργά. Διαβάστε περισσότερα για τον άνθρακα εδώ.

Πώς η αφθονία των ισοτόπων επηρεάζει το ατομικό βάρος;

Η ατομική μάζα εξαρτάται από τη σύνθεση των πρωτονίων και των νετρονίων σε ένα στοιχείο, με το καθένα να ζυγίζει 1 μονάδα ατομικής μάζας (amu). Τα ηλεκτρόνια είναι επίσης ένα σημαντικό μέρος των στοιχείων, αλλά έχουν τόσο μικρή μάζα που θεωρούνται αμελητέα κατά τον υπολογισμό της ατομικής μάζας. Καθώς τόσο τα πρωτόνια όσο και τα νετρόνια συνθέτουν τη μάζα ενός ατόμου, όταν ένα στοιχείο διαφέρει ως προς τον αριθμό των νετρονίων του, έχει αντίκτυπο στη μάζα.

Αν και ακούγονται σαν συνώνυμα, η ατομική μάζα και το ατομικό βάρος είναι διαφορετικά. Τα ισότοπα επηρεάζουν την τιμή και των δύο. Η ατομική μάζα ορίζεται ως η μάζα ενός μεμονωμένου ατόμου ενός στοιχείου. Αυτός είναι αποκλειστικά ο υπολογισμός του βάρους των πρωτονίων και των νετρονίων σε amu. Το ατομικό βάρος από την άλλη είναι ο σταθμισμένος μέσος όρος όλων των ισοτόπων ενός στοιχείου που υπάρχουν. Εδώ μπαίνει η αφθονία των ισοτόπων. Αν και μπορεί να υπάρχουν πολλά φυσικά ισότοπα ενός στοιχείου, δεν υπάρχουν σε ίσες ποσότητες. Υπάρχουν πολλά ισότοπα που εμφανίζονται πολύ πιο συχνά από άλλα, και επομένως έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στο ατομικό βάρος. Εάν δοθεί η ατομική μάζα των ισοτόπων ενός στοιχείου καθώς και η σχετική αφθονία τους, μπορούμε να ακολουθήσουμε απλά βήματα για να υπολογίσουμε το ατομικό βάρος.

Χρησιμοποιώντας την αφθονία των ισοτόπων για τον υπολογισμό του ατομικού βάρους

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο αριθμός των ισοτόπων και η ποσοστιαία αφθονία τους είναι όλα όσα χρειάζονται για τον υπολογισμό του ατομικού βάρους ενός στοιχείου. Μπορούμε να ξεκινήσουμε χρησιμοποιώντας το μαγνήσιο ως παράδειγμα. Το μαγνήσιο έχει τρία φυσικά ισότοπα:Mg, Mg και Mg. Κάθε ισότοπο έχει αφθονία 78,70%, 10,13% και 11,17%, αντίστοιχα. Η ατομική μάζα κάθε ισοτόπου είναι συνήθως πολύ κοντά σε κάθε τιμή ισοτόπου. Σε αυτό το παράδειγμα, η μάζα κάθε ισοτόπου είναι 23,985 amu, 24,985 amu και 25,982 amu αντίστοιχα.

Τώρα που έχουμε όλες τις πληροφορίες για τη μάζα και την αφθονία, μπορούμε να υπολογίσουμε το ατομικό βάρος του μαγνησίου. Εάν αντιμετωπίζετε πρόβλημα με την οπτικοποίηση όλων των τιμών, μπορείτε να τις οργανώσετε σε έναν πίνακα για να κάνετε τις πληροφορίες σας πιο σαφείς.

Ισότοπο	Ατομική μάζα (amu)	Ποσοστό αφθονίας (%)
Mg	23.985	78,70%
Mg	24.985	10,13%
Mg	25.982	11,17%

Ξεκινάμε πολλαπλασιάζοντας τη μάζα κάθε ισοτόπου με την αφθονία του. Αυτό μπορεί να γίνει με δύο τρόπους. Πρώτον, μπορούμε να πολλαπλασιάσουμε απευθείας τη μάζα με το ποσοστό:

23,985 amu (78,70)=1887,6 amu

Από την άλλη πλευρά, μπορούμε να αλλάξουμε το ποσοστό σε δεκαδικό από το ένα και στη συνέχεια να πολλαπλασιάσουμε με τη μάζα. Αυτό μπορεί να γίνει διαιρώντας το ποσοστό με το 100.

23.985 amu (0.7870)=18.876 amu

Και με τις δύο αυτές μεθόδους, το επόμενο βήμα είναι να επαναλάβετε τα άλλα ισότοπα και να προσθέσετε τις τιμές μαζί.

Μέθοδος 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

Μέθοδος 2:

23,985 amu (0,7870) + 24,985 amu (0,1013) + 25,982 amu (0,1117) =24,3090 amu

Εάν ακολουθήσετε τη μέθοδο ένα, το τελικό βήμα είναι να διαιρέσετε το γινόμενο με το 100 για να αντισταθμίσετε τα ποσοστά που είναι ακέραιοι αριθμοί.

2430,90 amu/100=24,3090 amu

Τώρα που έχουμε την ίδια τιμή και για τις δύο μεθόδους, το τελευταίο βήμα είναι να βεβαιωθείτε ότι η απάντησή σας έχει τον σωστό αριθμό σημαντικών αριθμών. Σε αυτήν την περίπτωση, η τελική τιμή είναι 24,31 amu .

Άλλα παραδείγματα

Τώρα που είδατε ένα γενικό παράδειγμα του τρόπου υπολογισμού της ατομικής μάζας από την αφθονία των ισοτόπων, μπορούμε να κατανοήσουμε άλλα προβλήματα που αφορούν την αφθονία των ισοτόπων.

Υπολογισμός αφθονίας από την ατομική μάζα και το ατομικό βάρος

Το λίθιο έχει δύο ισότοπα, το Li και το Li, με μάζες 6 amu και 7 amu αντίστοιχα. Εάν το λίθιο έχει ατομικό βάρος 6,94 amu, μπορούμε να προσδιορίσουμε την αφθονία κάθε ισοτόπου. Αρχικά, ορίζουμε ένα. των αφθονιών ως x. Σε αυτή την περίπτωση, η αφθονία του Li θα είναι x. Αυτό σημαίνει ότι η αφθονία του Li=1-x. Χρησιμοποιώντας όσα μάθαμε παραπάνω, μπορούμε να δημιουργήσουμε μια εξίσωση.

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

Υπάρχει μόνο μία μεταβλητή, οπότε μπορούμε εύκολα να λύσουμε το x.

6x + 7 – 7x=6,94

6x-7x=-0,06

-x =-0,06

x=0,06

Τώρα που βρήκαμε την αφθονία του Li, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το 1-x για να βρούμε το Li.

1-0,06=0,94

Έτσι, προσδιορίσαμε ότι οι αφθονίες του Li και του Li είναι 6 % και 94 % αντίστοιχα.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Πώς να βρείτε τη μοριακή μάζα
• Πώς να υπολογίσετε τη μοριακότητα
• Χημικές εξισώσεις εξισορρόπησης