Vaikka elementin kaikilla atomilla on sama määrä protoneja, yksittäisillä atomilla voi olla erilainen määrä neutroneja. Näitä erilaisia atomeja kutsutaan isotoopeiksi. Kaikissa kloorin (Cl) atomeissa on 17 protonia, mutta on kloori-isotooppeja, joissa on 15 – 23 neutronia. Luonnossa on merkittäviä määriä vain kaksi kloori-isotooppia: ne, joissa on 18 neutronia (75,53% kaikista luonnossa esiintyvistä klooriatomeista), ja ne, joissa on 20 neutronia (24,47%). Voit kirjoittaa isotoopin symbolin sijoittamalla atominumeron alaindeksiin ja massanumeron (protonit plus neutronit) yläindeksiin atomisymbolin vasemmalle puolelle. Kahden luonnollisesti esiintyvän kloorin isotoopin symbolit kirjoitetaan seuraavasti: \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) ja \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . Alaindeksi on jonkin verran tarpeeton, koska kaikilla klooriatomeilla on 17 protonia; isotooppisymbolit kirjoitetaan yleensä ilman alaindeksiä, kuten 35Cl ja 37Cl. Näitä isotooppeja käsiteltäessä termeillä kloori-35 ja kloori-37 käytetään eroa toisistaan. Yleensä, jotta atomi olisi vakaa, siinä on oltava enemmän neutroneja kuin protoneja. Ytimet, joissa on liian monta kummankin tyyppistä peruspartikkelia, ovat epävakaita ja hajoavat radioaktiivisesti.
Atomin kokonaispainoa kutsutaan sen atomipainoksi, ja se on likimääräinen sen muodostavien protonien, neutronien ja elektronien massojen summa. Kun protonit, neutronit ja elektronit yhdistyvät muodostaen atomin, osa niiden massasta muuttuu energiaksi ja luovutetaan. (Tämä on energialähde ydinfuusioreaktioissa. Koska atomia ei voida hajottaa perushiukkasiksi, ellei puuttuvan massan energiaa toimiteta sen ulkopuolelta, tätä energiaa kutsutaan ytimen sitovaksi energiaksi.
Esimerkki \ (\ PageIndex {2} \):
Laske massa, joka menetetään, kun hiili-12-atomi muodostuu protoneista, elektronista ja neutronista.
Ratkaisu
Koska jokaisen hiiliatomin atomiluku on 6, hiili-12: lla on 6 protonia ja siten 6. Elektroneja neutronien lukumäärän löytämiseksi vähennämme protonien lukumäärän massanumero: 12 – 6 = 6 neutronia. Taulukon 1-1 tietoja voidaan käyttää näiden hiukkasten kokonaispainon laskemiseen:
Protonit: 6 x 1,00728 amu = 6,04368 u
Neutronit: 6 x 1,00867 amu = 6,05202 u
Elektronit: 6 x 0,00055 amu = 0,00330 u
Hiukkasten kokonaismassa = 12,09900 u
Atomimassayksiköiden asteikon määritelmän mukaan massa yhden hiili-12-atomin määrä on tarkalleen 12 amu. Siksi 0,0990 u massa on kadonnut atomin rakentamisen aikana partikkeleistaan.
Kullekin elementin isotoopille on tunnusomaista atomiluku (protonien lukumäärä), massa. numero (protonien ja neutronien kokonaismäärä) ja atomipaino (atomin massa atomimassayksikköinä). Koska massahäviöt atomin muodostuessa ovat pieniä, massaluku on yleensä sama kuin atomipaino pyöristettynä lähimpään kokonaislukuun (esimerkiksi kloori-37: n atomipaino on 36,966, joka on pyöristetty 37: ään). Jos luonnossa on useita elementin isotooppeja, kokeellisesti havaittu atomipaino (luonnollinen atomipaino) on isotooppipainojen painotettu keskiarvo. Keskiarvo painotetaan isotooppien prosentuaalisen runsauden mukaan. Klooria esiintyy luonnossa 75,53% kloori-35 (34,97 u) ja 24,47% kloori-37 (36,97 u), joten isotooppipainojen painotettu keskiarvo on (07553 x 34,97 u) + (0,2444 x 36,97 u) = 35,46 u . Jaksollisissa taulukoissa löydetyt atomipainot ovat kaikki luonnossa esiintyvien isotooppien painotettuja keskiarvoja, ja näitä lukuja käytetään tämän artikkelin loppuosaan lukuun ottamatta, kun keskustellaan yhdestä isotoopista erikseen. Yleensä kaikki elementin isotoopit käyttäytyvät kemiallisesti samalla tavalla. Heidän käyttäytymisensä eroavat massaherkkien ominaisuuksien, kuten diffuusionopeuksien, suhteen.
Esimerkki \ (\ PageIndex {3} \):
Magnesiumilla (Mg) on kolme merkittävää luonnon isotoopit: 78,70% kaikista magnesiumatomista on atomipaino 23,985 u, 10,13% atomipaino 24,986 u ja 11,17% atomipaino 25,983 u. Kuinka monta protonia ja neutronia on läsnä kussakin näistä kolmesta isotoopista? Kuinka kunkin isotoopin symbolit kirjoitetaan? Lopuksi, mikä on atomipainojen painotettu keskiarvo?
Ratkaisu
Kaikissa magnesium-isotoopeissa on 12 protonia. Isotoopin, jonka atomipaino on 23,985 u, massanumero on 24 (protonit ja neutronit), joten 24 – 12 protonia antaa 12 neutronia. Tämän isotoopin symboli on 24Mg. Samoin isotoopin, jonka atomipaino on 24,986 amu, massanumero on 25, 13 neutronia ja 25Mg symbolina. Kolmannen isotoopin (25,983 amu) massaluku on 26, 14 neutronia ja 26Mg symbolina. Keskimääräinen atomipaino lasketaan seuraavalla tavalla:31 u
Contributors and Attributions
- Dickerson, Richard E. ja Gray, Harry B. ja Haight, Gilbert P (1979) Kemialliset periaatteet .