Deși toți atomii unui element au același număr de protoni, atomii individuali pot avea un număr diferit de neutroni. Acești atomi diferiți se numesc izotopi. Toți atomii de clor (Cl) au 17 protoni, dar există izotopi de clor cu 15 până la 23 de neutroni. Numai doi izotopi de clor există în cantități semnificative în natură: cei cu 18 neutroni (75,53% din toți atomii de clor găsiți în natură) și cei cu 20 de neutroni (24,47%). Pentru a scrie simbolul unui izotop, plasați numărul atomic ca un indice și numărul de masă (protoni plus neutroni) ca un supercript în stânga simbolului atomic. Simbolurile pentru cei doi izotopi de clor care apar în mod natural sunt scrise după cum urmează: \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) și \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . Indicele este oarecum inutil, deoarece toți atomii de clor au 17 protoni; simbolurile izotopice sunt de obicei scrise fără indiciu, ca în 35Cl și 37Cl. În discutarea acestor izotopi, termenii clor-35 și clor-37 sunt folosiți pentru a face diferența dintre ei. În general, pentru ca un atom să fie stabil, trebuie să aibă mai mulți neutroni decât protoni. Nucleii cu prea multe dintre ambele tipuri de particule fundamentale sunt instabile și se descompun radioactiv.
Masa totală a unui atom se numește greutatea sa atomică și este aproximativă suma maselor protonilor, neutronilor și electronilor săi constituenți. Când protoni, neutroni și electroni se combină pentru a forma un atom, o parte din masa lor este convertită în energie și se degajă. (Aceasta este sursa de energie în reacțiile de fuziune nucleară. Deoarece atomul nu poate fi descompus în particulele sale fundamentale decât dacă energia pentru masa lipsă este furnizată din afara acestuia, această energie se numește energia de legare a nucleului.
Exemplu \ (\ PageIndex {2} \):
Calculați masa care se pierde atunci când un atom de carbon-12 este format din protoni, electroni și neutroni.
Soluție
Deoarece numărul atomic al fiecărui atom de carbon este 6, carbonul 12 are 6 protoni și deci 6 electroni. Pentru a găsi numărul de neutroni, scădem numărul de protoni din numărul masei: 12 – 6 = 6 neutroni. Datele din tabelul 1-1 pot fi utilizate pentru a calcula masa totală a acestor particule:
Protoni: 6 x 1,00728 amu = 6,04368 u
Neutroni: 6 x 1.00867 amu = 6.05202 u
Electroni: 6 x 0.00055 amu = 0.00330 u
Masa totală a particulelor = 12.09900 u
Cu toate acestea, prin definiția scalei unităților de masă atomică, masa a unui atom de carbon-12 este exact 12 amu. Prin urmare, 0,0990 u de masă au dispărut în procesul de construire a atomului din particulele sale.
Fiecare izotop al unui element este caracterizat printr-un număr atomic (numărul de protoni), o masă numărul (numărul total de protoni și neutroni) și o greutate atomică (masa atomului în unități de masă atomică). Deoarece pierderile de masă la formarea unui atom sunt mici, numărul de masă este de obicei același cu greutatea atomică rotunjită la cel mai apropiat număr întreg (de exemplu, greutatea atomică a clorului-37 este 36,966, care este rotunjită la 37). Dacă există mai mulți izotopi ai unui element în natură, atunci greutatea atomică observată experimental (greutatea atomică naturală) este media ponderată a greutăților izotopului. Media este ponderată în funcție de abundența procentuală a izotopilor. Clorul apare în natură ca 75,53% clor-35 (34,97 u) și 24,47% clor-37 (36,97 u), deci media ponderată a greutăților izotopului este (07553 x 34,97 u) + (0,2447 x 36,97 u) = 35,46 u . Greutățile atomice găsite în tabelele periodice sunt toate medii ponderate ale izotopilor care apar în natură și acestea sunt cifrele utilizate pentru restul acestui articol, cu excepția cazului în care se discută în mod specific un izotop. În general, toți izotopii unui element se comportă în același mod chimic. Comportamentele lor diferă în ceea ce privește proprietățile sensibile la masă, cum ar fi ratele de difuzie.
Exemplu \ (\ PageIndex {3} \):
Magneziul (Mg) are trei valori semnificative izotopi naturali: 78,70% din toți atomii de magneziu au o greutate atomică de 23,985 u, 10,13% au o greutate atomică de 24,986 u și 11,17% au o greutate atomică de 25,983 u. Câți protoni și neutroni sunt prezenți în fiecare dintre acești trei izotopi? Cum sunt scrise simbolurile pentru fiecare izotop? În cele din urmă, care este media ponderată a greutăților atomice?
Soluție
Există 12 protoni în toți izotopii de magneziu. Izotopul a cărui greutate atomică este de 23,985 u are un număr de masă de 24 (protoni și neutroni), deci 24 – 12 protoni dau 12 neutroni. Simbolul acestui izotop este de 24Mg. În mod similar, izotopul a cărui greutate atomică este de 24,986 amu are un număr de masă de 25, 13 neutroni și 25Mg ca simbol. Al treilea izotop (25.983 amu) are un număr de masă de 26, 14 neutroni și 26Mg ca simbol. Greutatea atomică medie se calculează după cum urmează:
(0.7870 x 23.985) + (0.1013 x 24.986) + (0.1117 x 25.983) = 24.31 u
Contributori și atribuții
- Dickerson, Richard E. și Gray, Harry B. și Haight, Gilbert P (1979) Principii chimice .