Bár egy elem összes atomjának azonos a protonjainak száma, az egyes atomokban eltérő lehet a neutronok száma. Ezeket a különböző atomokat izotópoknak nevezzük. A klór (Cl) összes atomjának 17 protonja van, de vannak olyan klór-izotópok, amelyekben 15–23 neutron található. Csak két klór-izotóp létezik jelentős mennyiségben a természetben: azok, amelyeknek 18 neutronja van (a természetben található összes klóratom 75,53% -a), és 20-at tartalmazó neutron (24,47%). Egy izotóp szimbólumának megírásához helyezze az atomszámot indexként, a tömegszámot (protonok és neutronok) pedig felső indexként az atomi szimbólumtól balra. A két természetesen előforduló klór-izotóp szimbóluma a következőképpen íródik: \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) és \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . Az index kissé felesleges, mert a klór összes atomjának 17 protonja van; az izotópszimbólumokat általában index nélkül írják, mint a 35Cl és a 37Cl esetében. Ezen izotópok tárgyalása során a klór-35 és a klór-37 kifejezéseket használják megkülönböztetésükre. Általában ahhoz, hogy egy atom stabil legyen, több neutronnak kell lennie, mint protonnak. Azok az atommagok, amelyekben túl sok az alaprészecske, instabilak és radioaktívan bomlanak le. az alkotó protonok, neutronok és elektronok tömegének összege. Amikor a protonok, a neutronok és az elektronok atomot alkotnak, tömegük egy része energiává alakul és leadódik. (Ez az energiaforrás a magfúziós reakciókban. Mivel az atom nem bontható fel alapvető részecskéire, kivéve, ha a hiányzó tömeg energiáját kívülről látják el, ezt az energiát a mag kötési energiájának nevezzük.
Példa \ (\ PageIndex {2} \):
Számítsa ki azt a tömeget, amely elveszik, ha a 12-es szénatom protonokból, elektronokból és neutronokból képződik.
Megoldás
Mivel minden szénatom atomszáma 6, a 12-es szénatomnak 6 protonja van, tehát 6 elektronja. A neutronok számának meghatározásához kivonjuk a protonok számát a tömegszám: 12 – 6 = 6 neutron. Az 1-1. táblázat adatai felhasználhatók a részecskék össztömegének kiszámítására:
Protonok: 6 x 1,00728 amu = 6,04368 u
Neutronok: 6 x 1.00867 amu = 6.05202 u
Elektronok: 6 x 0.00055 amu = 0.00330 u
A részecskék össztömege = 12.09900 u
Az atomtömeg-skála meghatározásával azonban a tömeg egy szén-12 atom értéke pontosan 12 óra. Ezért 0,0990 u tömeg eltűnt az atom részecskéiből történő felépítése során.
Egy elem minden izotópjára jellemző az atomszám (a protonok száma), a tömeg szám (a protonok és a neutronok teljes száma) és egy atomsúly (az atom tömege atomi tömegegységben). Mivel az atom képződésénél a tömegveszteség kicsi, a tömegszám általában megegyezik az atomtömeggel a legközelebbi egész számra kerekítve (például a klór-37 atomtömege 36,966, amelyet 37-re kerekítenek). Ha egy elemnek több izotópja van a természetben, akkor a kísérletileg megfigyelt atomtömeg (a természetes atomtömeg) az izotóptömegek súlyozott átlaga. Az átlagot az izotópok százalékos bősége szerint súlyozzuk. A klór a természetben 75,53% klór-35 (34,97 u) és 24,47% klór-37 (36,97 u) formájában fordul elő, így az izotóp súlyának súlyozott átlaga: (07553 x 34,97 u) + (0,2444 x 36,97 u) = 35,46 u . A periódusos táblákban található atomtömegek a természetben előforduló izotópok összes súlyozott átlagát jelentik, és ezeket a számokat használtuk a cikk további részében, kivéve, ha egy izotópot konkrétan tárgyalunk. Általában egy elem összes izotópja kémiailag ugyanúgy viselkedik. Viselkedésük eltér a tömegérzékeny tulajdonságoktól, például a diffúzió sebességétől.
Példa \ (\ PageIndex {3} \):
A magnézium (Mg) három jelentős természetes izotópok: Az összes magnéziumatom 78,70% -ának atomtömege 23,985 u, 10,13% -ának 24,986 u és 11,17% atomtömege 25,983 u. Hány proton és neutron van jelen mindhárom izotópban? Hogyan írják az egyes izotópok szimbólumait? Végül mekkora az atomtömegek súlyozott átlaga?
Megoldás
Az összes magnézium-izotópban 12 proton van. Az izotóp, amelynek atomtömege 23,985 u, tömegszáma 24 (protonok és neutronok), tehát 24 – 12 proton 12 neutront ad. Ennek az izotópnak a szimbóluma 24Mg. Hasonlóképpen, az izotóp, amelynek atomtömege 24.986 amu, tömegszáma 25, 13 neutron és 25Mg szimbólumként. A harmadik izotóp (25,983 amu) tömegszáma 26, 14 neutron és 26Mg szimbólumként. Az átlagos atomtömeg kiszámítása a következőképpen történik:
(0,7870 x 23,985) + (0,1013 x 24,986) + (0,1117 x 25,983) = 24.31 u
Közreműködők és hozzárendelések
- Dickerson, Richard E. és Gray, Harry B. és Haight, Gilbert P (1979) Kémiai elvek .