จะหาเศษส่วนของไอโซโทปได้อย่างไร

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• การคำนวณความชุกชุมญาติของสองไอโซโทป
• ตัวอย่างการคำนวณ
• มากกว่าสองไอโซโทป

แต่ละองค์ประกอบในตารางธาตุมีจำนวนโปรตอนที่มีประจุเป็นบวกจำนวนมากในนิวเคลียสของมัน แต่จำนวนของนิวตรอนที่ไม่มีประจุสามารถเปลี่ยนแปลงได้ อะตอมของธาตุที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันก็คือไอโซโทปของธาตุนั้น องค์ประกอบทั้งหมด 20 รายการมีไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมากกว่าหนึ่งรายการและบางองค์ประกอบก็มีมากมาย Tin (Sn) ซึ่งมีไอโซโทปธรรมชาติ 10 ชนิดเป็นผู้ชนะในหมวดนี้ นิวตรอนมีมวลเท่ากันกับโปรตอนดังนั้นไอโซโทปที่แตกต่างกันจึงมีมวลอะตอมที่ต่างกันและน้ำหนักอะตอมขององค์ประกอบที่ระบุในตารางธาตุจะมีค่าเฉลี่ยของแต่ละไอโซโทปคูณด้วยความอุดมสมบูรณ์

น้ำหนักอะตอม = ∑ (มวลอะตอม x ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์)

มีความเป็นไปได้ที่จะคำนวณความอุดมสมบูรณ์ทางเศษส่วนสำหรับองค์ประกอบที่มีไอโซโทปสองรายการโดยขึ้นอยู่กับมวลอะตอมของไอโซโทป แต่คุณต้องการเทคนิคการทดลองสำหรับองค์ประกอบที่มีมากกว่าสอง

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

หากองค์ประกอบมีไอโซโทปสองอันคุณจะพบความอุดมสมบูรณ์ของเศษส่วนโดยใช้คณิตศาสตร์ มิฉะนั้นคุณจะต้องมีสเปกโตรมิเตอร์มวล

การคำนวณความชุกชุมญาติของสองไอโซโทป

พิจารณาองค์ประกอบที่มีไอโซโทปสองอันของมวล m₁ และม₂. จำนวนเศษส่วนของพวกเขาจะต้องเพิ่มเป็น 1 เท่ากันดังนั้นถ้าความอุดมสมบูรณ์ของอันแรกคือ x, ความอุดมสมบูรณ์ของอันที่สองคือ 1 - x ซึ่งหมายความว่า

น้ำหนักอะตอม = m₁x + m₂(1 - x)

ลดความซับซ้อนและการแก้สำหรับ x:

x = (น้ำหนักอะตอม - m₂) ÷ (m₁ - ม₂)

ปริมาณ x คือความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปเศษส่วนที่มีมวล m₁.

ตัวอย่างการคำนวณ

คลอรีนมีไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติสองแบบ: ³⁵Cl มีมวล 34.9689 amu (หน่วยมวลอะตอม) และ ³⁷Cl มีมวล 36.9659 amu หากน้ำหนักอะตอมของคลอรีนเท่ากับ 35.46 amu ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปแต่ละเศษส่วนคือเท่าใด

ให้ x เป็นเศษส่วนมากมายของ ³⁵Cl ตามสมการข้างต้นถ้าเราปล่อยมวลของ ³⁵Cl เป็น m₁ และของ ³⁷Cl เป็น m₂, เราได้รับ:

x = (35.46 - 36.9659) ÷ (34.9689 - 36.9659) = 0.5911 / 1.997 = -1.5059 / -1.997 = 0.756

ความอุดมสมบูรณ์ของเศษส่วน ³⁵Cl คือ 0.756 และของ ³⁷Cl คือ 0.244

มากกว่าสองไอโซโทป

นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบความสัมพันธ์ขององค์ประกอบที่มีไอโซโทปมากกว่าสองรายการในห้องปฏิบัติการโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าแมสสเปกโทรเมตรี พวกมันระเหยตัวอย่างที่มีองค์ประกอบและกระหน่ำยิงด้วยอิเล็กตรอนพลังงานสูง ซึ่งประจุเหล่านี้เป็นอนุภาคซึ่งถูกส่งผ่านสนามแม่เหล็กที่เบี่ยงเบนพวกมัน ไอโซโทปที่หนักกว่ารับการเบี่ยงเบนมากกว่าตัวที่เบากว่า สเปกโตรมิเตอร์นั้นจะวัดอัตราส่วนมวลต่อประจุของไอโซโทปแต่ละตัวที่ตรวจพบรวมถึงการวัดจำนวนของแต่ละไอโซโทปและแสดงเป็นชุดของเส้นที่เรียกว่าสเปกตรัม สเปกตรัมเป็นเหมือนกราฟแท่งที่แสดงอัตราส่วนมวลต่อประจุกับความอุดมสมบูรณ์ของสัมพัทธ์