Chociaż wszystkie atomy pierwiastka mają taką samą liczbę protonów, poszczególne atomy mogą mieć różną liczbę neutronów. Te różne atomy nazywane są izotopami. Wszystkie atomy chloru (Cl) mają 17 protonów, ale są izotopy chloru z 15 do 23 neutronami. W naturze występują tylko dwa izotopy chloru w znaczących ilościach: te z 18 neutronami (75,53% wszystkich atomów chloru występujących w naturze) i te z 20 neutronami (24,47%). Aby napisać symbol izotopu, umieść liczbę atomową jako indeks dolny, a liczbę masową (protony plus neutrony) jako indeks górny po lewej stronie symbolu atomowego. Symbole dwóch naturalnie występujących izotopów chloru są zapisane w następujący sposób: \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) i \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . Indeks dolny jest nieco niepotrzebny, ponieważ wszystkie atomy chloru mają 17 protonów; symbole izotopów są zwykle zapisywane bez indeksu dolnego, jak w 35Cl i 37Cl. Omawiając te izotopy, do ich rozróżnienia używa się terminów chlor-35 i chlor-37. Generalnie, aby atom był stabilny, musi mieć więcej neutronów niż protonów. Jądra zawierające zbyt wiele cząstek podstawowych któregokolwiek rodzaju są niestabilne i ulegają rozpadowi radioaktywnemu.
Całkowita masa atomu to jego masa atomowa i jest to przybliżona suma mas składowych protonów, neutronów i elektronów. Kiedy protony, neutrony i elektrony łączą się, tworząc atom, część ich masy jest przekształcana w energię i jest uwalniana. (Jest to źródło energii w reakcjach syntezy jądrowej. Ponieważ atom nie może zostać rozbity na jego podstawowe cząstki, chyba że energia brakującej masy zostanie dostarczona z zewnątrz, energia ta nazywana jest energią wiązania jądra.
Przykład \ (\ PageIndex {2} \):
Oblicz masę, która jest tracona, gdy atom węgla-12 powstaje z protonów, elektronów i neutronów.
Rozwiązanie
Ponieważ liczba atomowa każdego atomu węgla wynosi 6, węgiel-12 ma 6 protonów, a zatem 6 elektronów. Aby znaleźć liczbę neutronów, odejmujemy liczbę protonów od liczba masowa: 12 – 6 = 6 neutronów. Dane w tabeli 1-1 mogą być wykorzystane do obliczenia całkowitej masy tych cząstek:
Protony: 6 x 1,00728 amu = 6,04368 u
Neutrony: 6 x 1,00867 amu = 6,05202 u
Elektrony: 6 x 0,00055 amu = 0,00330 u
Całkowita masa cząstek = 12,09900 u
Jednak z definicji skali jednostek masy atomowej masa jednego atomu węgla-12 to dokładnie 12 amu. Dlatego 0,0990 u masy zniknęło w procesie budowy atomu z jego cząstek.
Każdy izotop pierwiastka charakteryzuje się liczbą atomową (liczbą protonów), masą liczba (całkowita liczba protonów i neutronów) oraz masa atomowa (masa atomu w atomowych jednostkach masy). Ponieważ straty masy podczas tworzenia atomu są małe, liczba masowa jest zwykle taka sama jak masa atomowa zaokrąglona do najbliższej liczby całkowitej (na przykład masa atomowa chloru-37 wynosi 36,966, która jest zaokrąglana do 37). Jeśli w przyrodzie występuje kilka izotopów pierwiastka, wówczas zaobserwowana eksperymentalnie masa atomowa (naturalna masa atomowa) jest średnią ważoną mas izotopów. Średnia jest ważona zgodnie z procentową zawartością izotopów. Chlor występuje w przyrodzie jako 75,53% chloru-35 (34,97 u) i 24,47% chloru-37 (36,97 u), więc średnia ważona mas izotopów wynosi (07553 x 34,97 u) + (0,2447 x 36,97 u) = 35,46 u . Wszystkie masy atomowe podane w tabelach okresowych są średnimi ważonymi izotopów występujących w przyrodzie i są to liczby używane w pozostałej części tego artykułu, z wyjątkiem omawiania konkretnego izotopu. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie izotopy pierwiastka zachowują się chemicznie w ten sam sposób. Ich zachowania różnią się pod względem właściwości wrażliwych na masę, takich jak szybkości dyfuzji.
Przykład \ (\ PageIndex {3} \):
Magnez (Mg) ma trzy istotne naturalne izotopy: 78,70% wszystkich atomów magnezu ma masę atomową 23,985 jednostki, 10,13% ma masę atomową 24,986 jednostki, a 11,17% ma masę atomową 25,983 jednostki. Ile protonów i neutronów jest obecnych w każdym z tych trzech izotopów? Jak zapisano symbole dla każdego izotopu? Na koniec, jaka jest średnia ważona mas atomowych?
Rozwiązanie
We wszystkich izotopach magnezu jest 12 protonów. Izotop o masie atomowej 23,985 u ma liczbę masową 24 (protony i neutrony), czyli 24-12 protonów daje 12 neutronów. Symbolem tego izotopu jest 24Mg. Podobnie izotop o masie atomowej 24,986 amu ma liczbę masową 25, 13 neutronów i 25Mg jako symbol. Trzeci izotop (25,983 amu) ma liczbę masową 26, 14 neutronów i 26Mg jako symbol. Średnią masę atomową oblicza się w następujący sposób:
(0,7870 x 23,985) + (0,1013 x 24,986) + (0,1117 x 25,983) = 24.31 u
Współtwórcy i atrybucje
- Dickerson, Richard E. and Gray, Harry B. and Haight, Gilbert P (1979) Zasady chemiczne .