Estruktura sa Atomo ug mga Isotope: Gikan sa Nuclide Symbol ngadto sa Atomic Weight

Mga proton, neutron ug electron sa gisukod nga mga yunit

Ang proton nagdala og charge nga +1 sa yunit sa elementary charge, e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C, ug ang electron nagdala og −1. Ang neutron walay charge. Ang mga masa kasagarang gihatag sa unified atomic mass unit (u, gitawag usab og dalton, Da), diin ang 1 u usa ka ikanapulog-duha sa masa sa carbon-12 nga atomo, 1.6605 × 10⁻²⁷ kg.

Gikan sa 2022 CODATA nga mga bili nga gipatik sa NIST, ang proton 1.007276 u, ang neutron 1.008665 u ug ang electron 0.000549 u. Ang proton mga 1836 ka pilo nga mas bug-at kaysa electron, busa hapit tanan nga masa sa atomo anaa sa nucleus. Gamay kaayo usab ang nucleus: ang radius niini anaa sa han-ay sa 10⁻¹⁵ m, samtang ang radius sa atomo anaa sa han-ay sa 10⁻¹⁰ m. Busa ang mga electron maoy magtakda sa gidak-on sa atomo ug sa chemistry niini, ug ang nucleus maoy magtakda sa masa niini.

Pagbasa sa mga nuclide symbol ug pag-ihap sa mga partikulo sa mga ion

Ang atomic number nga Z mao ang gidaghanon sa mga proton. Kini ang nagtino sa elemento: ang matag atomo nga adunay 17 ka proton chlorine. Ang mass number nga A mao ang kinatibuk-ang gidaghanon sa mga proton ug neutron, busa ang ihap sa neutron A − Z. Ang nuclide symbol nagsulat sa A isip superscript sa wala ug sa Z isip subscript sa wala sa simbolo sa elemento, sama sa ³⁵₁₇Cl. Tungod kay ang simbolo nagtakda na sa Z, ang subscript kasagarang ibilin, nga mohatag og ³⁵Cl o chlorine-35.

Ang mga electron patas sa mga proton lamang sa neutral nga atomo. Ang ion nga adunay charge nga q adunay Z − q nga mga electron, busa ang positibo nga charge nagpasabot og mas gamay nga mga electron ug ang negatibo nga charge nagpasabot og mas daghan. Ang charge dili gayud mousab sa nucleus.

Nasulbad nga ehemplo 1. Alang sa ⁵⁶Fe³⁺: Z = 26, busa 26 ka proton; 56 − 26 = 30 ka neutron; 26 − 3 = 23 ka electron. Alang sa ¹²⁷I⁻: 53 ka proton, 127 − 53 = 74 ka neutron ug 53 + 1 = 54 ka electron. Alang sa ³⁴S²⁻: 16 ka proton, 18 ka neutron ug 18 ka electron. Matikdi nga ang ³⁴S²⁻ adunay parehas nga ihap sa electron sa argon nga atomo; ang managsama nga ihap sa electron maoy maghimo sa mga ion nga isoelectronic, dili ang managsama nga mass number.

Nganong managsama ang reaksyon sa mga isotope apan magkalahi ang masa

Ang mga isotope mga atomo nga parehas og Z apan lahi ang gidaghanon sa mga neutron. Ang chlorine-35 ug chlorine-37 parehong adunay 17 ka proton ug, isip neutral nga mga atomo, 17 ka electron. Ang kemikal nga kinaiya kontrolado sa mga electron, busa ang duha ka isotope nagporma sa parehas nga mga compound sa parehas nga mga ratio.

Ang mga kabtangan nga nagdepende sa masa magkalahi gamay. Ang mas gaan nga mga molecule mas paspas molihok sa gihatag nga temperatura, ug ang mga bond ngadto sa mas bug-at nga mga isotope mas hinay og gamay nga moreaksyon. Gamay kini nga mga epekto alang sa bug-at nga mga elemento. Ang uranium enrichment nagpakita kung unsa kini kagamay. Pinaagi sa balaod ni Graham, ang mga effusion rate sa ²³⁵UF₆ ug ²³⁸UF₆ anaa sa ratio nga √(M₂/M₁). Gamit ang mga masa sa isotope gikan sa NIST, M(²³⁵UF₆) = 349.034 g/mol ug M(²³⁸UF₆) = 352.041 g/mol, busa ang ratio √(352.041/349.034) = 1.0043. Ang usa ka pag-agi sa barrier nagpadato sa mas gaan nga isotope og ubos sa katunga sa porsyento, mao nga ang mga planta sa enrichment nanginahanglan og daghang yugto nga sunodsunod.

Gitimbang nga mga average: gikan sa masa sa isotope ngadto sa atomic weight

Ang atomic weight sa periodic table dili masa sa bisan unsang usa ka atomo. Kini ang average nga masa sa mga atomo sa elemento sa normal nga sample, gitimbang sumala sa kung unsa kadaghan ang matag isotope. Padaghana ang masa sa matag isotope sa fractional abundance niini ug idugang ang mga produkto. Ang mga fraction kinahanglang moabot og 1 kung idugang.

Nasulbad nga ehemplo 2. Ang magnesium adunay tulo ka lig-on nga isotope. Gikan sa mga lamesa sa NIST Atomic Weights and Isotopic Compositions: ²⁴Mg, 23.985042 u, kadagaya 0.7899; ²⁵Mg, 24.985837 u, 0.1000; ²⁶Mg, 25.982593 u, 0.1101. Ang mga produkto 18.94578, 2.49858 ug 2.86068 u, ug ang ilang suma 24.30505 u. Ang estriktong mga lagda sa mahinungdanong digit nga gigamit sa upat-ka-digit nga mga kadagaya mo-round niini ngadto sa 24.31 u. Kung tipigan sa tulo ka decimal place, kini 24.305 u, ang naandang bili nga giimprinta sa kadaghanang periodic table.

Himoa ang parehas nga kalkulasyon alang sa chlorine, gamit ang ³⁵Cl sa 34.968853 u nga adunay kadagaya nga 0.7576 ug ang ³⁷Cl sa 36.965903 u nga adunay 0.2424: 26.4924 + 8.9605 = 35.453 u. Ang dali nga banabana makasalo sa mga sayop: ang average kinahanglang anaa tali sa mga masa sa isotope ug mas duol sa mas daghan nga isotope.

Pagtrabaho nga pabalik aron makit-an ang kadagaya sa isotope

Kung ang elemento adunay duha ka isotope ug nahibaloan nimo ang atomic weight, masulbad nimo ang mga kadagaya. Tawga og x ang fraction sa unang isotope; ang ikaduha 1 − x. Isulat ang gitimbang nga average isip equation ug sulbara ang x.

Nasulbad nga ehemplo 3. Ang copper adunay standard atomic weight nga 63.546 ug duha ka lig-on nga isotope, ⁶³Cu sa 62.929598 u ug ⁶⁵Cu sa 64.927790 u (NIST). Dayon 62.929598x + 64.927790(1 − x) = 63.546. Ang paghan-ay pag-usab naghatag og x = (64.927790 − 63.546)/(64.927790 − 62.929598) = 1.381790/1.998192 = 0.6915. Busa ang copper 69.15% ⁶³Cu ug 30.85% ⁶⁵Cu, nga nagpatungha pag-usab sa mga kadagaya sa NIST nga 0.6915 ug 0.3085.

Kini nga pamaagi molihok lamang alang sa duha ka isotope. Kung tulo, ang usa ka average mohatag og usa ka equation nga adunay duha ka wala mahibaloi, ug kinahanglan nimo og laing sukod, sama sa mass spectrum.

Mga pattern sa isotope sa mass spectrum

Ang mass spectrometer nag-ionize sa sample, nagbulag sa mga ion sumala sa mass-to-charge ratio ug nagrekord kung pila ang moabot sa matag bili. Alang sa usa ka elemento, ang gitas-on sa mga peak direktang mohatag sa mga kadagaya sa isotope. Alang sa mga molecule, ang mga isotope maghiusa ug mopatungha og mailhan nga mga pattern.

Nasulbad nga ehemplo 4. Tagna ang pattern sa molecular ion sa Cl₂. Himoa nga p = 0.7576 alang sa ³⁵Cl ug q = 0.2424 alang sa ³⁷Cl. Ang molecule ³⁵Cl–³⁵Cl (masa 70) nga adunay probabilidad nga p² = 0.5740, ³⁵Cl–³⁷Cl (masa 72) nga adunay probabilidad nga 2pq = 0.3673, ug ³⁷Cl–³⁷Cl (masa 74) nga adunay probabilidad nga q² = 0.0588. Ang factor nga 2 nag-ihap sa duha ka paagi sa pagkuha og usa sa matag usa. Kung i-scale aron ang labing taas nga peak 100, ang pattern 100 : 64.0 : 10.2.

Duha ka shortcut ang mosunod. Ang compound nga adunay usa ka chlorine nga atomo nagpakita og mga peak nga duha ka mass unit ang gilay-on sa ratio nga mga 3 : 1, tungod kay p/q = 3.13. Ang compound nga adunay usa ka bromine nga atomo nagpakita og duha ka peak nga hapit managsama ang gitas-on, tungod kay gilista sa NIST ang ⁷⁹Br sa 0.5069 ug ang ⁸¹Br sa 0.4931.

Mga sayop sa estruktura sa atomo nga makapakunhod sa marka

Kadaghanan sa mga sayop naggikan sa pagsagol sa tulo ka ihap o sa pagtratar sa atomic weight isip kabtangan sa usa ka atomo. Isulat ang Z, A ug ang charge sa dili ka pa mag-ihap og bisan unsa.

• Pag-usab sa ihap sa proton aron makahimo og ion. Ang charge nag-usab lamang sa mga electron; ang mga proton maoy nagtakda sa elemento.
• Pagdugang og mga electron alang sa positibo nga ion. Ang 3+ nga ion adunay tulo ka electron nga mas gamay kaysa sa atomo.
• Pagbasa sa atomic weight isip mass number. Walay chlorine nga atomo nga adunay masa nga 35.45 u; kini average sa mga atomo nga mga 35 u ug 37 u.
• Paggamit sa mga porsyento isip mga fraction nga wala gibahin sa 100, nga mohatag og average nga 100 ka pilo nga sobra kadako.
• Pagkalimot sa factor nga 2 alang sa sinagol nga mga pares sa isotope, sama sa ³⁵Cl–³⁷Cl, kung magtagna og mass spectrum.
• Pagtawag sa duha ka nuclide nga mga isotope tungod kay parehas sila og mass number. Ang ¹⁴C ug ¹⁴N parehas og A apan lahi nga mga elemento.

Mass defect ug mga interval nga atomic weight

Ang pagdugang sa unom ka proton, unom ka neutron ug unom ka electron gamit ang mga masa sa CODATA mohatag og 12.0989 u, apan ang carbon-12 nga atomo eksakto nga 12 u. Ang nawala nga 0.0989 u, mga 0.82% sa kinatibuk-an, katumbas sa enerhiya nga gipagawas sa dihang naporma ang nucleus. Kini nga mass defect mao ang hinungdan nganong ang mga masa sa isotope dili tibuok nga mga numero, ug kini ang sinugdanan sa nuclear binding energy.

Alang sa pipila ka elemento, ang sagol sa mga isotope igo nga magkalahi tali sa natural nga mga tinubdan nga ang Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights sa IUPAC nagreport og interval imbes nga usa ka numero. Ang chlorine gilista isip [35.446, 35.457] ug ang magnesium isip [24.304, 24.307]. Alang sa ordinaryong mga kalkulasyon, gamita ang naandang usa ka bili, 35.45 ug 24.305, gawas kung lahi ang giingon sa imong kurso.