Ačkoli všechny atomy prvku mají stejný počet protonů, jednotlivé atomy mohou mít různý počet neutronů. Tyto odlišné atomy se nazývají izotopy. Všechny atomy chloru (Cl) mají 17 protonů, ale existují izotopy chloru s 15 až 23 neutrony. V přírodě existují pouze dva izotopy chloru ve významném množství: ty s 18 neutrony (75,53% všech atomů chloru nalezených v přírodě) a ty s 20 neutrony (24,47%). Chcete-li napsat symbol pro izotop, umístěte atomové číslo jako dolní index a hmotnostní číslo (protony plus neutrony) jako horní index nalevo od atomového symbolu. Symboly pro dva přirozeně se vyskytující izotopy chloru jsou psány následovně: \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) a \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . Dolní index je poněkud zbytečný, protože všechny atomy chloru mají 17 protonů; symboly izotopů jsou obvykle psány bez dolního indexu, jako v 35Cl a 37Cl. Při diskusi o těchto izotopech se k jejich rozlišení používají termíny chlor-35 a chlor-37. Obecně platí, že aby byl atom stabilní, musí mít více neutronů než protonů. Jádra s příliš velkým množstvím obou druhů základních částic jsou nestabilní a radioaktivně se rozpadají.
Celková hmotnost atomu se nazývá jeho atomová hmotnost a je přibližná součet hmot protonů, neutronů a elektronů, z nichž se skládají. Když se protony, neutrony a elektrony spojí a vytvoří atom, část jejich hmoty se převede na energii a vydá se. (Toto je zdroj energie při reakcích jaderné fúze. Protože atom nelze rozložit na jeho základní částice, pokud není dodávána energie pro chybějící hmotu zvenčí, tato energie se nazývá vazebná energie jádra.
Příklad \ (\ PageIndex {2} \):
Vypočítejte hmotnost, která se ztratí, když je atom uhlíku-12 vytvořen z protonů, elektronů a neutronů.
Řešení
Protože atomové číslo každého atomu uhlíku je 6, uhlík-12 má 6 protonů a tedy 6 elektronů. Abychom našli počet neutronů, odečteme počet protonů od hmotnostní číslo: 12 – 6 = 6 neutronů. Údaje v tabulce 1-1 lze použít k výpočtu celkové hmotnosti těchto částic:
Protony: 6 x 1,00728 amu = 6,04368 u
Neutrony: 6 x 1,00867 amu = 6,05202 u
elektrony: 6 x 0,00055 amu = 0,00330 u
celková hmotnost částic = 12,09900 u
Podle definice stupnice jednotek atomové hmotnosti však hmotnost jednoho atomu uhlíku-12 je přesně 12 amu. Proto v procesu stavby atomu z jeho částic zmizelo 0,0990 u hmoty.
Každý izotop prvku je charakterizován atomovým číslem (počtem protonů), hmotou počet (celkový počet protonů a neutronů) a atomová hmotnost (hmotnost atomu v jednotkách atomové hmotnosti). Protože ztráty hmotnosti při tvorbě atomu jsou malé, je hmotnostní číslo obvykle stejné jako atomová hmotnost zaokrouhlená na nejbližší celé číslo (například atomová hmotnost chloru-37 je 36 966, což je zaokrouhleno na 37). Pokud v přírodě existuje několik izotopů prvku, pak experimentálně pozorovaná atomová hmotnost (přirozená atomová hmotnost) je váženým průměrem hmotností izotopů. Průměr je vážen podle procenta hojnosti izotopů. Chlór se v přírodě vyskytuje jako 75,53% chloru-35 (34,97 u) a 24,47% chloru-37 (36,97 u), takže vážený průměr hmotností izotopů je (07553 x 34,97 u) + (0,2447 x 36,97 u) = 35,46 u . Atomové hmotnosti nalezené v periodických tabulkách jsou váženými průměry izotopů vyskytujících se v přírodě, a to jsou údaje použité pro zbytek tohoto článku, kromě případů, kdy se konkrétně diskutuje o jednom izotopu. Obecně se všechny izotopy prvku chovají stejně chemicky. Jejich chování se liší s ohledem na vlastnosti citlivé na hmotnost, jako jsou rychlosti difúze.
Příklad \ (\ PageIndex {3} \):
Hořčík (Mg) má tři významné přírodní izotopy: 78,70% všech atomů hořčíku má atomovou hmotnost 23,985 u, 10,13% má atomovou hmotnost 24,986 u a 11,17% má atomovou hmotnost 25,983 u. Kolik protonů a neutronů je přítomno v každém z těchto tří izotopů? Jak jsou psány symboly pro každý izotop? Nakonec, jaký je vážený průměr atomových hmotností?
Řešení
Ve všech izotopech hořčíku je 12 protonů. Izotop, jehož atomová hmotnost je 23 985 u, má hmotnostní číslo 24 (protony a neutrony), takže 24-12 protonů dává 12 neutronů. Symbol tohoto izotopu je 24 mg. Podobně izotop, jehož atomová hmotnost je 24,986 amu, má hmotnostní číslo 25, 13 neutronů a 25Mg jako symbol. Třetí izotop (25,983 amu) má hmotnostní počet 26, 14 neutronů a 26Mg jako symbol. Průměrná atomová hmotnost se vypočítá následovně:
(0,7870 x 23,985) + (0,1013 x 24,986) + (0,1117 x 25,983) = 24.31 u
Přispěvatelé a atribuce
- Dickerson, Richard E. a Gray, Harry B. a Haight, Gilbert P (1979) Chemické principy .