Tabla de Contenidos
Atomit ovat perusyksiköitä, jotka muodostavat erilaisia kemiallisia alkuaineita, jotka puolestaan ovat osa ainetta. Vaikka on totta, että saman alkuaineen kahdella atomilla on sama määrä protoneja ja elektroneja ja niillä on olennaisesti samat kemialliset ominaisuudet, kaikki saman alkuaineen atomit eivät ole samoja. Tämä johtuu isotooppien olemassaolosta, jotka ovat vain saman alkuaineen atomeja, mutta joilla on erilaiset massaluvut.
Mutta jos minkä tahansa alkuaineen puhtaassa näytteessä on itse asiassa sekoitus atomeja, joilla on samat ominaisuudet, mutta eri massat, miksi jaksollinen taulukko näyttää vain yhden atomimassan jokaiselle alkuaineelle?
Vastaus on, että jaksollinen järjestelmä ei itse asiassa näytä kunkin alkuaineen yhden atomin massaa, vaan sen sijaan näyttää kaikkien kyseisen alkuaineen luonnollisessa näytteessä olevien atomien keskimääräisen massan.
Atomimassa vs. keskimääräinen atomimassa
Kuten sen nimi osoittaa, atomimassa vastaa yksittäisen atomin massaa. Eli se on massa, joka vastaa kemiallisen alkuaineen tietyn isotoopin atomia. Kuten odotettiin, se on erittäin pieni massa; itse asiassa niin pieni, että se ilmaistaan erityisinä massayksiköinä, joita kutsutaan atomimassayksiköksi tai amu .
Keskimääräinen atomimassa puolestaan edustaa, kuten aiemmin todettiin, kaikkien elementin luonnollisessa näytteessä olevien atomien keskimääräistä massaa. Tämä massa lasketaan alkuaineen kaikkien luonnossa esiintyvien isotooppien keskimääräisenä massana painotettuna niiden luonnollisella suhteellisella isotooppimäärällä. Tarkoittaen:
Missä MA i edustaa luonnollisen isotoopin i atomimassaa ja %A i edustaa suhteellista runsautta prosentteina mainitusta isotoopista. Tämän yhtälön soveltamiseen tarvitaan alkuaineen kaikkien luonnollisten isotooppien massat ja runsaudet.
Isotoopit, jotka ovat epästabiileja ja siksi hajoavat radioaktiivisesti ajan mittaan ja muuttuvat eri atomeiksi, eivät sisälly summaan.
Seuraavat ratkaistu tehtävät toimivat esimerkkinä tämän kaavan käytöstä määritettäessä alkuaineen keskimääräistä atomimassaa.
Esimerkki 1: Keskimääräisen atomimassan määrittäminen isotooppien runsaudesta
lausunto
Seleeni on epämetalli, jossa on kuusi stabiilia isotooppia, joissa kaikissa on alle 50 % isotooppimäärät. Yleisin isotooppi on seleeni-80, joka muodostaa lähes puolet kaikista seleeniatomeista luonnollisessa alkuainenäytteessä. Seuraavassa taulukossa luetellaan kukin näistä isotoopeista sekä niiden suhteellinen runsaus ja atomimassa määritettynä massaspektrometriatekniikalla. Määritä seleenin keskimääräinen atomimassa.
| Isotooppi | Atomimassa (amu) | % Yltäkylläisyys |
| 74 Se | 73,922477 | 0,89 |
| 76 Se | 75.919214 | 9.37 |
| 77 tahtoa | 76,919915 | 7.63 |
| 78 Se | 77,917310 | 23.77 |
| 80 Se | 79,916522 | 49,61 |
| 82 Se | 81.916700 | 8.73 |
Ratkaisu
Tämän tyyppinen ongelma koostuu edellisen yhtälön suorasta soveltamisesta. Kuten näet, meillä on kaikki tarvittavat tiedot atomipainon tai keskimääräisen atomimassan määrittämiseen .
Siksi seleenin keskimääräinen atomimassa on 78,96 amu.
Esimerkki 2: Isotoopin runsauden määrittäminen keskimääräisestä atomimassasta
lausunto
Rauta on monissa meteoriiteissa esiintyvä alkuaine, ja sen neljän stabiilin isotoopin suhde antaa tärkeitä tietoja meteoriitin alkuperästä ja iästä. YuB-2021-meteoriitista otettu näyte analysoitiin ja havaittiin, että siinä olevan raudan keskimääräinen atomimassa on 55,8074 umaa, mikä on hieman pienempi kuin maanpäällisen raudan keskimääräinen atomimassa, joka on 55,845 umaa. Syynä oletetaan olevan kevyemmän isotoopin rauta-54 suuremman osuuden (jonka maapallolla on runsaus 5,845 %); tämän isotoopin eikä vähemmän runsaan rauta-58:n runsautta ei kuitenkaan voitu määrittää hyvällä tarkkuudella. Määritä kaksi puuttuvaa isotooppimäärää käyttämällä alla olevia tietoja,
| Isotooppi | Atomimassa (amu) | % Yltäkylläisyys |
| 54 usko | 53,9396105 | ? |
| 56 usko | 55,9349375 | 89,9373 |
| 57 usko | 56,9353940 | 2,0770 |
| 58 Usko | 57,9332756 | ? |
Ratkaisu
Toisin kuin edellisessä ongelmassa, tässä tapauksessa kahden neljästä rauta-isotoopista tiedetään etukäteen keskimääräinen atomimassa ja määrät. Keskimääräinen atomimassakaava ei riitä määrittämään kahden puuttuvan isotoopin runsautta, koska tällaisessa yhtälössä olisi kaksi tuntematonta.
Ongelman ratkaisemiseksi meidän on sitten löydettävä jokin muu matemaattinen suhde asiaan liittyvien muuttujien välillä, jotta voimme muodostaa yhtälöjärjestelmän, jonka avulla voimme saada molemmat tuntemattomat. Tässä tapauksessa toinen yhtälö koostuu kaikkien isotooppien runsauksien summasta, jonka on oltava 100%.
Joten muodostamme seuraavan yhtälöjärjestelmän:
Tämä yhtälöjärjestelmä voidaan ratkaista helposti seuraavien vaiheiden avulla:
- Ensimmäinen yhtälö linearisoidaan kertomalla molemmat puolet 100:lla.
- Toinen on ratkaistu jollekin kahdesta tuntemattomasta (%A 54Fe tai %A 58Fe ).
- Korvaa edellisessä vaiheessa saatu lauseke ensimmäiseen yhtälöön.
- Ensimmäinen yhtälö ratkaistaan toiselle tuntemattomalle ja sen arvo lasketaan.
- Edellisessä vaiheessa laskettu tuntemattoman arvo korvataan ensimmäisen tuntemattoman lausekkeella ja sen arvo lasketaan:
Kuten voidaan nähdä, asteroidin raudan isotoopin 54 runsauden havaittiin olevan 7,7097%, mikä on huomattavasti korkeampi kuin tämän isotoopin 5,845%:n runsaus maan päällä.
Viitteet
Chang, R. (2021). Chemistry (yhdeksäs painos). McGraw-Hill.
Garcia, S.A. (nd). Isotooppitaulukko . Antioquian yliopisto. http://sergioandresgarcia.com/pucmm/fis202/4.TI.Tabla%20de%20isotopos%20naturales%20y%20abundancia.pdf
Gaviria, JM (2013, 9. elokuuta). Hiilen isotooppien suhteellisen runsauden laskeminen . TRIPLELINK. https://triplenlace.com/2013/08/09/calculo-de-las-abundancias-relativas-de-los-isotopos-del-carbono/
Isotoopit ja massaspektrometria (artikkeli) . (n.d.). Khan Akatemia. https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry-beta/x2eef969c74e0d802:atomic-structure-and-properties/x2eef969c74e0d802:mass-spectrometry-of-elements/a/isotopes-and-mass-spectrometry
