Även om alla atomer i ett element har samma antal protoner, kan enskilda atomer ha olika antal neutroner. Dessa olika atomer kallas isotoper. Alla kloratomer (Cl) har 17 protoner, men det finns klorisotoper med 15 till 23 neutroner. Endast två klorisotoper finns i betydande mängder i naturen: de med 18 neutroner (75,53% av alla kloratomer som finns i naturen) och de med 20 neutroner (24,47%). För att skriva symbolen för en isotop, placera atomnumret som ett underskrift och massnumret (protoner plus neutroner) som ett överskrift till vänster om atomsymbolen. Symbolerna för de två naturligt förekommande isotoperna av klor skrivs enligt följande: \ (^ {35} _ {17} {\ rm Cl} \) och \ (^ {37} _ {17} {\ rm Cl} \) . Subskriptet är något onödigt, för alla kloratomer har 17 protoner; isotopsymboler skrivs vanligtvis utan underskrift, som i 35Cl och 37Cl. Vid diskussionen om dessa isotoper används termerna klor-35 och klor-37 för att skilja mellan dem. För att en atom ska vara stabil måste den i allmänhet ha fler neutroner än protoner. Kärnor med för många av endera typen av fundamentala partiklar är instabila och bryts ned radioaktivt.
En atoms totala massa kallas dess atomvikt och är ungefärlig summan av massorna av dess ingående protoner, neutroner och elektroner. När protoner, neutroner och elektroner kombineras för att bilda en atom omvandlas en del av deras massa till energi och avges. (Detta är energikällan i kärnfusionsreaktioner. Eftersom atomen inte kan brytas ned i dess grundläggande partiklar om inte energin för den saknade massan tillförs från utsidan kallas denna energi kärnans bindande energi.
Exempel \ (\ PageIndex {2} \):
Beräkna massan som går förlorad när en atom av kol-12 bildas av protoner, elektroner och neutroner.
Lösning
Eftersom atomantalet för varje kolatom är 6 har kol-12 6 protoner och därför 6 elektroner. För att hitta antalet neutroner drar vi bort antalet protoner från massnummer: 12 – 6 = 6 neutroner. Data i tabell 1-1 kan användas för att beräkna den totala massan av dessa partiklar:
Protoner: 6 x 1,00728 amu = 6,04368 u
Neutroner: 6 x 1.00867 amu = 6.05202 u
Elektroner: 6 x 0.00055 amu = 0.00330 u
Total partikelmassa = 12.09900 u
Men enligt definitionen av skalans atommasseenheter är massan av en kol-12-atom är exakt 12 amu. Därför har 0,0990 u massa försvunnit under uppbyggnaden av atomen från dess partiklar.
Varje isotop i ett element kännetecknas av ett atomnummer (antalet protoner), en massa antal (det totala antalet protoner och neutroner) och en atomvikt (atommassa i atommasseenheter). Eftersom massförluster vid bildandet av en atom är små är massantalet vanligtvis detsamma som atomvikten avrundad till närmaste heltal (till exempel är atomvikten för klor-37 36,966, som är avrundad till 37). Om det finns flera isotoper av ett element i naturen är den experimentellt observerade atomvikten (den naturliga atomvikten) det vägda genomsnittet av isotopvikterna. Genomsnittet viktas enligt det procentuella överflödet av isotoperna. Klor förekommer i naturen som 75,53% klor-35 (34,97 u) och 24,47% klor-37 (36,97 u), så det vägda genomsnittet av isotopvikterna är (07553 x 34,97 u) + (0,2447 x 36,97 u) = 35,46 u . Atomvikterna i periodiska tabeller är alla viktade medelvärden för de isotoper som förekommer i naturen, och dessa är de siffror som används för resten av denna artikel, förutom när man diskuterar en isotop specifikt. I allmänhet beter sig alla elementens isotoper på samma sätt kemiskt. Deras beteende skiljer sig åt med avseende på masskänsliga egenskaper som diffusionshastigheter.
Exempel \ (\ PageIndex {3} \):
Magnesium (Mg) har tre signifikanta naturliga isotoper: 78,70% av alla magnesiumatomer har en atomvikt på 23,985 u, 10,13% har en atomvikt på 24,986 u och 11,17% har en atomvikt på 25,983 u. Hur många protoner och neutroner finns i var och en av dessa tre isotoper? Hur skrivs symbolerna för varje isotop? Slutligen, vad är det viktade genomsnittet av atomvikterna?
Lösning
Det finns 12 protoner i alla magnesiumisotoper. Isotopen vars atomvikt är 23.985 u har ett massantal på 24 (protoner och neutroner), så 24 – 12 protoner ger 12 neutroner. Symbolen för denna isotop är 24Mg. På samma sätt har isotopen vars atomvikt är 24.986 amu ett massantal på 25, 13 neutroner och 25Mg som symbol. Den tredje isotopen (25.983 amu) har ett massantal på 26, 14 neutroner och 26Mg som symbol. Den genomsnittliga atomvikten beräknas enligt följande:
(0,7870 x 23,985) + (0,1013 x 24,986) + (0,1117 x 25,983) = 24.31 u
Bidragsgivare och attribut
- Dickerson, Richard E. och Gray, Harry B. och Haight, Gilbert P (1979) Kemiska principer .