Selv om alle atomer i et element har samme antall protoner, kan individuelle atomer ha forskjellige antall nøytroner. Disse forskjellige atomer kalles isotoper. Alle kloratomer (Cl) har 17 protoner, men det er klorisotoper med 15 til 23 nøytroner. Bare to klorisotoper eksisterer i betydelige mengder i naturen: de med 18 nøytroner (75,53% av alle kloratomer som finnes i naturen), og de med 20 nøytroner (24,47%). For å skrive symbolet for en isotop, plasser atomnummeret som et underskrift og massetallet (protoner pluss nøytroner) som et overskrift til venstre for atomsymbolet. Symbolene for de to naturlig forekommende isotoper av klor skrives som følger: \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) og \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . Abonnementet er noe unødvendig, fordi alle kloratomer har 17 protoner; isotopsymboler skrives vanligvis uten abonnement, som i 35Cl og 37Cl. I diskusjonen om disse isotopene brukes begrepene klor-35 og klor-37 for å skille mellom dem. Generelt, for at et atom skal være stabilt, må det ha flere nøytroner enn protoner. Kjerner med for mange av begge grunnleggende partikler er ustabile og brytes ned radioaktivt.
Den totale massen til et atom kalles dets atomvekt, og er den omtrentlige summen av massene av dets protoner, nøytroner og elektroner. Når protoner, nøytroner og elektroner kombineres for å danne et atom, konverteres noe av massen til energi og avgis. (Dette er energikilden i kjernefusjonsreaksjoner. Fordi atomet ikke kan brytes ned i dets grunnleggende partikler med mindre energien for den manglende massen tilføres fra utsiden, kalles denne energien bindingsenergien til kjernen.
Eksempel \ (\ PageIndex {2} \):
Beregn massen som går tapt når et atom av karbon-12 dannes fra protoner, elektroner og nøytroner.
Løsning
Fordi atomnummeret til hvert karbonatom er 6, har karbon-12 6 protoner og derfor 6 elektroner. For å finne antall nøytroner trekker vi antall protoner fra massetall: 12 – 6 = 6 nøytroner. Dataene i tabell 1-1 kan brukes til å beregne den totale massen av disse partiklene:
Protoner: 6 x 1.00728 amu = 6.04368 u
Nøytroner: 6 x 1.00867 amu = 6.05202 u
Elektroner: 6 x 0.00055 amu = 0.00330 u
Total partikkelmasse = 12.09900 u
Imidlertid, ved definisjonen av skalaen til atommasseenheter, er massen av ett karbon-12-atom er nøyaktig 12 amu. Derfor har 0,0990 u masse forsvunnet i prosessen med å bygge atomet fra partiklene.
Hver isotop av et element er preget av et atomnummer (antall protoner), en masse antall (totalt antall protoner og nøytroner), og en atomvekt (atommasse i atommasseenheter). Fordi massetap ved dannelse av et atom er lite, er massetallet vanligvis det samme som atomvekten avrundet til nærmeste heltall (for eksempel er atomvekten til klor-37 36.966, som er avrundet til 37). Hvis det er flere isotoper av et element i naturen, er den eksperimentelt observerte atomvekten (den naturlige atomvekten) det vektede gjennomsnittet av isotopvektene. Gjennomsnittet vektes i henhold til prosentvis overflod av isotopene. Klor forekommer i naturen som 75,53% klor-35 (34,97 u) og 24,47% klor-37 (36,97 u), så det vektede gjennomsnittet av isotopvektene er (07553 x 34,97 u) + (0,2444 x 36,97 u) = 35,46 u . Atomvektene som finnes i periodiske tabeller er alle vektede gjennomsnitt av isotoper som forekommer i naturen, og dette er figurene som brukes for resten av denne artikkelen, bortsett fra når man diskuterer en isotop spesifikt. Generelt oppfører alle isotoper av et element seg på samme måte kjemisk. Deres oppførsel er forskjellig med hensyn til massesensitive egenskaper som diffusjonshastigheter.
Eksempel \ (\ PageIndex {3} \):
Magnesium (Mg) har tre signifikante naturlige isotoper: 78,70% av alle magnesiumatomer har en atomvekt på 23,985 u, 10,13% har en atomvekt på 24,986 u, og 11,17% har en atomvekt på 25,983 u. Hvor mange protoner og nøytroner er tilstede i hver av disse tre isotoper? Hvordan er symbolene for hver isotop skrevet? Til slutt, hva er det vektede gjennomsnittet av atomvektene?
Løsning
Det er 12 protoner i alle magnesiumisotoper. Isotopen med en atomvekt på 23,985 u har et massetall på 24 (protoner og nøytroner), så 24 – 12 protoner gir 12 nøytroner. Symbolet for denne isotopen er 24 mg. På samme måte har isotopen med atomvekt 24,986 amu et massetall på 25, 13 nøytroner og 25 mg som symbol. Den tredje isotopen (25.983 amu) har et massetall på 26, 14 nøytroner og 26Mg som symbol. Gjennomsnittlig atomvekt beregnes som følger:
(0,7870 x 23,985) + (0,1013 x 24,986) + (0,1117 x 25,983) = 24.31 u
Bidragsytere og attribusjoner
- Dickerson, Richard E. og Gray, Harry B. og Haight, Gilbert P (1979) Kjemiske prinsipper .