Izotopy i średnia ważona mas atomowych pierwiastka :)

Dzisiejszy temat dotyczy pojęcia i definicji izotopów - co to takiego i czym się charakteryzują "te" izotopy??

Odpowiedzmy sobie na pytania i wszelkie trudności z izotopami ;)

IZOTOPY - są to atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą masową w jądrze ( czyli liczbą A). Przypomnijmy sobie , gdzie szukamy tej liczby?:

Liczba masowa, jak możemy zauważyć powyżej oznacza wszystkie cząstki, jakie znajdują się w jądrze, czyli protony i neutrony.
Skąd znamy liczbę protonów??
Znając liczbę atomową , oczywiście ;) ( liczba Z)

Mając pierwiastek, np. spójrzmy na chlor :

którego liczba atomowa wynosi 17, a liczba masowa (przybliżona masa atomowa) wynosi 35, możemy stwierdzić, że :
protonów w jądrze jest : 17
protonów + neutronów jest : 35
więc neutronów jest: 35-17 = 18

Przejdźmy do naszych izotopów..

Wiemy, że są to atomy TEGO SAMEGO pierwiastka (czyli np wyżej wymienionego chloru), ale różniące się LICZBĄ MASOWĄ.
Czyli liczba atomowa a tym samym liczba protonów jest bez zmian ( jest ona charakterystyczna dla każdego pierwiastka, więc jak mówimy o pierwiastku chloru to ma on TYLKO I WYŁĄCZNIE liczbę atomową równą 17! )

Skoro liczba protonów równa się 17, a wiemy że w przypadku izotopów różne są liczby masowe oznacza to, że izotopy różnią się LICZBĄ NEUTRONÓW w jądrze.

Najprostszy przykład- izotopy wodoru :

Widzimy, że mamy przypadek TEGO SAMEGO pierwiastka (wodoru), liczba atomowa jest bez zmian (wynosi 1) , ale zmieniamy liczbę masową ( w kolejności : 1,2,3), czyli do każdego kolejnego atomu dodajemy po jednym neutronie.

Są to izotopy, które odpowiednio nazywamy:
1. proton
2. deuter
3. tryt.

Jakie wnioski mogą nam się nasunąć???

Mianowicie takie, że : PIERWIASTEK jest zbiorem atomów o takiej samej LICZBIE ATOMOWEJ, ale może istnieć możliwość występowania atomów o różnej LICZBIE MASOWEJ, ze względu na możliwość występowania izotopów tego pierwiastka.

Znajomość izotopów pozwoli odpowiedzieć nam na pytanie dotyczące masy atomowej..

Zauważyliście, że większość pierwiastków ma podaną masę atomową w postaci liczb dziesiętnych, po przecinku, np. masa atomowa dla miedzi wynosi 63,55 ? Skąd to wynika??

Właśnie z faktu występowania izotopów. Pierwiastek miedzi nie zawiera TYLKO atomów , gdzie mamy  29 protonów i 35 neutronów ( w sumie 64 cząstek w jądrze). Zawiera również takie atomy, gdzie tych neutronów może być mniej, wtedy liczba masowa będzie wynosiła np 63. Dlatego pierwiastek może być mieszaniną izotopów, stąd jego masa musi być średnią mas izotopów , które go tworzą.

Jak to liczymy??

Obliczenia dokonujemy stosując wzór:

gdzie
Ar to średnia masa atomowa pierwiastka
A1 to liczba masowa pierwszego izotopu
A2 to liczba masowa drugiego izotopu
An to liczba masowa n-tego izotopu
%1 to procentowy udział pierwszego izotopu
%2 to procentowy udział drugiego izotopu
%n to procentowy udział n-tego izotopu

Jak to liczyć w praktyce?

ZADANIE 1.
Obliczyć masę atomową pierwiastka stanowiącego mieszaninę trzech izotopów o liczbach masowych 28 (92,2%), 29 (4,7%) , 30 (3,1%). Odszukać ten pierwiastek w układzie okresowym.

Podstawiamy do wzoru: 

Znając poszczególne wartości liczb masowych izotopów danego pierwiastka i ich procentowy udział w budowaniu danego pierwiastka jesteśmy w stanie obliczyć średnią masę atomową pierwiastka, która w naszym przypadku wynosi 28,11 u. Szukamy takiego pierwiastka w układzie okresowym.
Jest to krzem o masie równej 28,09 u ( bardzo zbliżonej do naszej masy obliczonej ze wzoru ) :)


Teraz zadanie z innej strony ;)

ZADANIE 2.
Obliczyć zawartość procentową dwóch izotopów boru, jeżeli masa atomowa boru wynosi 10,81 u, jeden z izotopów ma w jądrze 5 neutronów , a drugi 6. 

Krok 1. Szukamy pierwiastka w układzie okresowym o masie 10,81 u. --- Jest to bor.
Krok 2. Odczytujemy liczbę atomową tego pierwiastka. --- wynosi ona 5.
Krok 3. Wiemy, że pierwiastek boru składa się z mieszaniny izotopów o liczbie neutronów 5 i 6 , czyli odpowiednio jeden izotop boru ma liczbę masową równą : 5+5=10 a drugi 5+6 czyli 11. Przypomnienie: liczba masowa to liczba protonów + liczba neutronów. Liczbę protonów znamy z liczby atomowej równej 5. 
Krok 4. Podstawiamy do wzoru :

Wiemy , że pierwiastek składa się z dwóch izotopów, czyli jeden ma udział procentowy x1% a drugi musi mieć 100% - x1% , ponieważ dwa izotopy stanowią całość ( 100%), wystarczy , że obliczymy udział jednego (x1%), żeby móc obliczyć udział drugiego, odejmując od całości x1% (100%-x1%).

Widzimy, że znajomość izotopów rozwiązuje niektóre chemiczne problemy i wątpliwości ;)

Jeśli masz jakieś problemy z zadaniami, pytania, wątpliwości - zapraszam do komentowania i mailowania ;)

Miłego dnia ! :)