Hoewel alle atomen van een element hetzelfde aantal protonen hebben, kunnen individuele atomen een verschillend aantal neutronen hebben. Deze verschillende atomen worden isotopen genoemd. Alle chlooratomen (Cl) hebben 17 protonen, maar er zijn chloorisotopen met 15 tot 23 neutronen. Slechts twee chloorisotopen bestaan in aanzienlijke hoeveelheden in de natuur: die met 18 neutronen (75,53% van alle chlooratomen die in de natuur worden aangetroffen) en die met 20 neutronen (24,47%). Om het symbool voor een isotoop te schrijven, plaatst u het atoomnummer als een subscript en het massagetal (protonen plus neutronen) als een superscript links van het atoomsymbool. De symbolen voor de twee natuurlijk voorkomende isotopen van chloor worden als volgt geschreven: \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) en \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . Het subscript is enigszins overbodig, omdat alle chlooratomen 17 protonen hebben; isotoopsymbolen worden meestal zonder het subscript geschreven, zoals in 35Cl en 37Cl. Bij het bespreken van deze isotopen worden de termen chloor-35 en chloor-37 gebruikt om daartussen onderscheid te maken. Over het algemeen moet een atoom om stabiel te zijn meer neutronen dan protonen hebben. Kernen met te veel van beide soorten fundamentele deeltjes zijn onstabiel en worden radioactief afgebroken.
De totale massa van een atoom wordt het atoomgewicht genoemd en is het geschatte som van de massa’s van de samenstellende protonen, neutronen en elektronen. Wanneer protonen, neutronen en elektronen worden gecombineerd om een atoom te vormen, wordt een deel van hun massa omgezet in energie en afgegeven. (Dit is de energiebron in kernfusiereacties. Omdat het atoom niet kan worden opgesplitst in zijn fundamentele deeltjes tenzij de energie voor de ontbrekende massa van buitenaf wordt geleverd, wordt deze energie de bindingsenergie van de kern genoemd.
Voorbeeld \ (\ PageIndex {2} \):
Bereken de massa die verloren gaat wanneer een atoom van koolstof-12 wordt gevormd uit protonen, elektronen en neutronen.
Oplossing
Omdat het atoomnummer van elk koolstofatoom 6 is, heeft koolstof-12 6 protonen en dus 6 elektronen. Om het aantal neutronen te vinden, trekken we het aantal protonen af van de massagetal: 12 – 6 = 6 neutronen. De gegevens in Tabel 1-1 kunnen worden gebruikt om de totale massa van deze deeltjes te berekenen:
Protonen: 6 x 1.00728 amu = 6.04368 u
Neutronen: 6 x 1.00867 amu = 6.05202 u
Elektronen: 6 x 0.00055 amu = 0.00330 u
Totale deeltjesmassa = 12.09900 u
Echter, door de definitie van de schaal van atomaire massa-eenheden, de massa van één koolstof-12 atoom is precies 12 uur. Daarom is 0,0990 u massa verdwenen tijdens het proces van het bouwen van het atoom uit zijn deeltjes.
Elke isotoop van een element wordt gekenmerkt door een atoomnummer (het aantal protonen), een massa aantal (het totale aantal protonen en neutronen), en een atoomgewicht (massa van atoom in atomaire massa-eenheden). Omdat massaverliezen bij de vorming van een atoom klein zijn, is het massagetal gewoonlijk hetzelfde als het atoomgewicht afgerond op het dichtstbijzijnde gehele getal (het atoomgewicht van chloor-37 is bijvoorbeeld 36,966, dat wordt afgerond op 37). Als er meerdere isotopen van een element in de natuur zijn, dan is het experimenteel waargenomen atoomgewicht (het natuurlijke atoomgewicht) het gewogen gemiddelde van de isotoopgewichten. Het gemiddelde wordt gewogen volgens het percentage abondantie van de isotopen. Chloor komt in de natuur voor als 75,53% chloor-35 (34,97 u) en 24,47% chloor-37 (36,97 u), dus het gewogen gemiddelde van de isotoopgewichten is (07553 x 34,97 u) + (0,2447 x 36,97 u) = 35,46 u . De atoomgewichten die in periodieke tabellen worden gevonden, zijn allemaal gewogen gemiddelden van de isotopen die in de natuur voorkomen, en dit zijn de cijfers die voor de rest van dit artikel worden gebruikt, behalve wanneer specifiek één isotoop wordt besproken. Over het algemeen gedragen alle isotopen van een element zich chemisch op dezelfde manier. Hun gedrag verschilt met betrekking tot massa-gevoelige eigenschappen zoals diffusiesnelheden.
Voorbeeld \ (\ PageIndex {3} \):
Magnesium (Mg) heeft drie significante natuurlijke isotopen: 78,70% van alle magnesiumatomen heeft een atoomgewicht van 23,985 u, 10,13% heeft een atoomgewicht van 24,986 u en 11,17% heeft een atoomgewicht van 25,983 u. Hoeveel protonen en neutronen zijn aanwezig in elk van deze drie isotopen? Hoe worden de symbolen voor elke isotoop geschreven? Wat is tenslotte het gewogen gemiddelde van de atoomgewichten?
Oplossing
Er zijn 12 protonen in alle magnesiumisotopen. De isotoop met een atoomgewicht van 23,985 u heeft een massagetal van 24 (protonen en neutronen), dus 24 – 12 protonen geven 12 neutronen. Het symbool voor deze isotoop is 24 mg. Evenzo heeft de isotoop met een atoomgewicht van 24,986 amu een massagetal van 25, 13 neutronen en 25 mg als symbool. De derde isotoop (25.983 amu) heeft een massagetal van 26, 14 neutronen en 26 mg als symbool. Het gemiddelde atoomgewicht wordt als volgt berekend:
(0,7870 x 23,985) + (0,1013 x 24,986) + (0,1117 x 25,983) = 24.31 u
Bijdragers en attributen
- Dickerson, Richard E. en Gray, Harry B. en Haight, Gilbert P (1979) Chemische principes .