Selvom alle atomer i et element har det samme antal protoner, kan individuelle atomer have forskellige antal neutroner. Disse forskellige atomer kaldes isotoper. Alle kloratomer (Cl) har 17 protoner, men der er klorisotoper med 15 til 23 neutroner. Kun to klorisotoper findes i betydelige mængder i naturen: dem med 18 neutroner (75,53% af alle kloratomer, der findes i naturen), og dem med 20 neutroner (24,47%). For at skrive symbolet for en isotop placeres atomnummeret som et underskrift og massetallet (protoner plus neutroner) som et overskrift til venstre for atomsymbolet. Symbolerne for de to naturligt forekommende isotoper af klor skrives som følger: \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) og \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . Abonnementet er noget unødvendigt, fordi alle kloratomer har 17 protoner; isotopsymboler skrives normalt uden abonnementet, som i 35Cl og 37Cl. I diskussionen af disse isotoper bruges udtrykkene chlor-35 og chlor-37 til at skelne mellem dem. Generelt skal et atom have flere neutroner end protoner for at et atom skal være stabilt. Kerner med for mange af begge slags fundamentale partikler er ustabile og nedbrydes radioaktivt.
Den samlede masse af et atom kaldes dets atomvægt og er den omtrentlige summen af masserne af dets sammensatte protoner, neutroner og elektroner. Når protoner, neutroner og elektroner kombineres for at danne et atom, konverteres noget af deres masse til energi og afgives. (Dette er energikilden i kernefusionsreaktioner. Fordi atomet ikke kan nedbrydes i dets grundlæggende partikler, medmindre energien til den manglende masse tilføres udefra, kaldes denne energi kernens bindingsenergi.
Eksempel \ (\ PageIndex {2} \):
Beregn den masse, der går tabt, når et atom af carbon-12 dannes af protoner, elektroner og neutroner.
Løsning
Fordi atomnummeret for hvert carbonatom er 6, har carbon-12 6 protoner og derfor 6 elektroner. For at finde antallet af neutroner trækker vi antallet af protoner fra massetal: 12 – 6 = 6 neutroner. Dataene i tabel 1-1 kan bruges til at beregne den samlede masse af disse partikler:
Protoner: 6 x 1.00728 amu = 6.04368 u
Neutroner: 6 x 1.00867 amu = 6.05202 u
Elektroner: 6 x 0.00055 amu = 0.00330 u
Samlet partikelmasse = 12.09900 u
Imidlertid er massen ved definitionen af skalaen for atommasseenheder af et carbon-12-atom er nøjagtigt 12 amu. Derfor er 0,0990 u masse forsvundet i processen med at opbygge atomet fra dets partikler.
Hver isotop af et element er kendetegnet ved et atomnummer (antallet af protoner), en masse antal (det samlede antal protoner og neutroner) og en atomvægt (atommasse i atommasseenheder). Fordi massetab ved dannelse af et atom er lille, er massetallet normalt det samme som atomvægten afrundet til nærmeste heltal (for eksempel er atomvægten af chlor-37 36.966, som er afrundet til 37). Hvis der er flere isotoper af et element i naturen, så er den eksperimentelt observerede atomvægt (den naturlige atomvægt) det vægtede gennemsnit af isotopvægtene. Gennemsnittet vægtes i overensstemmelse med den procentvise overflod af isotoperne. Klor forekommer i naturen som 75,53% chlor-35 (34,97 u) og 24,47% chlor-37 (36,97 u), så det vægtede gennemsnit af isotopvægtene er (07553 x 34,97 u) + (0,2447 x 36,97 u) = 35,46 u . Atomvægtene, der findes i periodiske tabeller, er alle vægtede gennemsnit af de isotoper, der forekommer i naturen, og disse er de tal, der bruges i resten af denne artikel, undtagen når man specifikt diskuterer en isotop. Generelt opfører alle isotoper af et element sig kemisk på samme måde. Deres adfærd adskiller sig med hensyn til massefølsomme egenskaber såsom diffusionshastigheder.
Eksempel \ (\ PageIndex {3} \):
Magnesium (Mg) har tre signifikante naturlige isotoper: 78,70% af alle magnesiumatomer har en atomvægt på 23,985 u, 10,13% har en atomvægt på 24,986 u og 11,17% har en atomvægt på 25,983 u. Hvor mange protoner og neutroner er der i hver af disse tre isotoper? Hvordan er symbolerne for hver isotop skrevet? Endelig, hvad er det vægtede gennemsnit af atomvægtene?
Løsning
Der er 12 protoner i alle magnesiumisotoper. Isotopen, hvis atomvægt er 23.985 u, har et massetal på 24 (protoner og neutroner), så 24 – 12 protoner giver 12 neutroner. Symbolet for denne isotop er 24 mg. Tilsvarende har isotopen, hvis atomvægt er 24.986 amu, et massetal på 25, 13 neutroner og 25Mg som symbol. Den tredje isotop (25.983 amu) har et massetal på 26, 14 neutroner og 26Mg som symbol. Den gennemsnitlige atomvægt beregnes som følger:
(0,7870 x 23,985) + (0,1013 x 24,986) + (0,1117 x 25,983) = 24.31 u
Bidragydere og tilskrivninger
- Dickerson, Richard E. og Gray, Harry B. og Haight, Gilbert P (1979) Kemiske principper .