Struchtúr Adamhach agus Iseatóip: Ó Shiombailí Núicilíde go Meáchan Adamhach

Prótóin, neodróin agus leictreoin in aonaid tomhaiste

Iompraíonn an prótón muirear +1 in aonaid den bhunmhuirear, e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C, agus iompraíonn an leictreon −1. Níl aon mhuirear ar an neodrón. Tugtar maiseanna de ghnáth in aonaid maise adamhaí aontaithe (u, ar a dtugtar daltúin, Da, freisin), áit arb ionann 1 u agus an dóú cuid déag de mhais adaimh charbóin-12, 1.6605 × 10⁻²⁷ kg.

De réir luachanna CODATA 2022 a d'fhoilsigh NIST, is é 1.007276 u an prótón, 1.008665 u an neodrón agus 0.000549 u an leictreon. Tá an prótón thart ar 1836 uair níos troime ná an leictreon, mar sin tá beagnach mais iomlán adaimh sa núicléas. Tá an núicléas beag bídeach freisin: tá a gha in ord 10⁻¹⁵ m, agus tá ga an adaimh in ord 10⁻¹⁰ m. Is iad na leictreoin, mar sin, a shocraíonn méid adaimh agus a cheimic, agus is é an núicléas a shocraíonn a mhais.

Siombailí núicilíde a léamh agus cáithníní a chomhaireamh in ianta

Is í an uimhir adamhach Z líon na bprótón. Sainmhíníonn sí an eilimint: is clóirín é gach adamh a bhfuil 17 bprótón ann. Is í an uimhir mhaise A líon iomlán na bprótón agus na neodrón, mar sin is é A − Z líon na neodrón. Scríobhann siombail núicilíde A mar fhorscript ar chlé agus Z mar fhoscript ar chlé ar shiombail na heiliminte, mar atá i ³⁵₁₇Cl. Toisc go socraíonn an tsiombail Z cheana, is minic a fhágtar an fhoscript ar lár, rud a thugann ³⁵Cl nó clóirín-35.

Ní hionann líon na leictreon agus líon na bprótón ach in adamh neodrach. Tá Z − q leictreon ag ian a bhfuil muirear q air, mar sin ciallaíonn muirear dearfach níos lú leictreon agus ciallaíonn muirear diúltach níos mó. Ní athraíonn an muirear an núicléas riamh.

Sampla oibrithe 1. I gcás ⁵⁶Fe³⁺: Z = 26, mar sin 26 prótón; 56 − 26 = 30 neodrón; 26 − 3 = 23 leictreon. I gcás ¹²⁷I⁻: 53 prótón, 127 − 53 = 74 neodrón agus 53 + 1 = 54 leictreon. I gcás ³⁴S²⁻: 16 prótón, 18 neodrón agus 18 leictreon. Tabhair faoi deara go bhfuil an líon céanna leictreon ag ³⁴S²⁻ agus atá ag adamh argóin; is é líon comhionann leictreon a fhágann ianta iseileictreonach, ní uimhreacha maise comhionanna.

Cén fáth a n-imoibríonn iseatóip mar an gcéanna ach go bhfuil maiseanna éagsúla acu

Is adaimh iad iseatóip a bhfuil an Z céanna acu ach líon éagsúil neodrón. Tá 17 bprótón ag clóirín-35 agus ag clóirín-37 araon agus, mar adaimh neodracha, 17 leictreon. Is iad na leictreoin a rialaíonn iompar ceimiceach, mar sin foirmíonn an dá iseatóp na comhdhúile céanna sna cóimheasa céanna.

Bíonn airíonna a bhraitheann ar mhais beagán difriúil, áfach. Gluaiseann móilíní níos éadroime níos tapúla ag teocht áirithe, agus imoibríonn bannaí le hiseatóip níos troime beagán níos moille. Is beag na héifeachtaí seo d'eilimintí troma. Léiríonn saibhriú úráiniam cé chomh beag. De réir dhlí Graham, tá rátaí eisilte ²³⁵UF₆ agus ²³⁸UF₆ sa chóimheas √(M₂/M₁). Ag úsáid maiseanna iseatóp NIST, M(²³⁵UF₆) = 349.034 g/mol agus M(²³⁸UF₆) = 352.041 g/mol, mar sin is é an cóimheas √(352.041/349.034) = 1.0043. Saibhríonn pas amháin trí bhacainn an t-iseatóp níos éadroime faoi níos lú ná leath faoin gcéad, agus sin é an fáth a dteastaíonn go leor céimeanna i sraith ó ghléasraí saibhrithe.

Meáin ualaithe: ó mhaiseanna iseatóp go meáchan adamhach

Ní hé an meáchan adamhach ar thábla peiriadach mais aon adaimh amháin. Is é atá ann meánmhais adamh na heiliminte i ngnáthshampla, ualaithe de réir chomh coitianta is atá gach iseatóp. Iolraigh mais gach iseatóip faoina fhlúirse chodánach agus suimigh na toraidh. Caithfidh suim na gcodán a bheith cothrom le 1.

Sampla oibrithe 2. Tá trí iseatóp chobhsaí ag maignéisiam. Ó tháblaí NIST Atomic Weights and Isotopic Compositions: ²⁴Mg, 23.985042 u, flúirse 0.7899; ²⁵Mg, 24.985837 u, 0.1000; ²⁶Mg, 25.982593 u, 0.1101. Is iad na toraidh 18.94578, 2.49858 agus 2.86068 u, agus is é a suim 24.30505 u. Dá gcuirfí rialacha dochta na bhfigiúirí suntasacha i bhfeidhm ar na flúirsí ceithre dhigit, chruinneofaí é seo go 24.31 u. Má choinnítear é go trí ionad deachúlacha, is é 24.305 u é, an luach coinbhinsiúnach atá clóite ar fhormhór na dtáblaí peiriadacha.

Déan an ríomh céanna do chlóirín, ag úsáid ³⁵Cl ag 34.968853 u le flúirse 0.7576 agus ³⁷Cl ag 36.965903 u le 0.2424: 26.4924 + 8.9605 = 35.453 u. Beireann meastachán tapa ar earráidí: caithfidh an meán a bheith idir maiseanna na n-iseatóp agus níos gaire don cheann is flúirsí.

Oibriú siar chun flúirse iseatóip a aimsiú

Má tá dhá iseatóp ag eilimint agus má tá an meáchan adamhach ar eolas agat, is féidir leat na flúirsí a réiteach. Tabhair x ar chodán an chéad iseatóip; is é 1 − x an dara ceann ansin. Scríobh an meán ualaithe mar chothromóid agus réitigh le haghaidh x.

Sampla oibrithe 3. Tá meáchan adamhach caighdeánach 63.546 ag copar agus dhá iseatóp chobhsaí, ⁶³Cu ag 62.929598 u agus ⁶⁵Cu ag 64.927790 u (NIST). Ansin 62.929598x + 64.927790(1 − x) = 63.546. Má atheagraítear é, faightear x = (64.927790 − 63.546)/(64.927790 − 62.929598) = 1.381790/1.998192 = 0.6915. Mar sin is 69.15% ⁶³Cu agus 30.85% ⁶⁵Cu atá i gcopar, rud a atáirgeann flúirsí NIST de 0.6915 agus 0.3085.

Ní oibríonn an modh seo ach do dhá iseatóp. Le trí cinn, tugann meán amháin cothromóid amháin le dhá athróg anaithnide, agus teastaíonn tomhas eile uait, ar nós speictrim mhaise.

Patrúin iseatóp i speictream maise

Ianaíonn mais-speictriméadar sampla, scarann sé na hianta de réir chóimheas maise le muirear agus taifeadann sé cé mhéad acu a shroicheann gach luach. I gcás eiliminte aonair, tugann airde na mbuaicí flúirsí na n-iseatóp go díreach. I gcás móilíní, comhcheanglaíonn iseatóip agus táirgeann siad patrúin is féidir a aithint.

Sampla oibrithe 4. Tuar patrún ian mhóilínigh Cl₂. Bíodh p = 0.7576 do ³⁵Cl agus q = 0.2424 do ³⁷Cl. Is é móilín ³⁵Cl–³⁵Cl (mais 70) le dóchúlacht p² = 0.5740, ³⁵Cl–³⁷Cl (mais 72) le dóchúlacht 2pq = 0.3673, agus ³⁷Cl–³⁷Cl (mais 74) le dóchúlacht q² = 0.0588. Comhaireann an fachtóir 2 an dá bhealach chun ceann amháin de gach ceann a fháil. Arna scálú ionas gurb é 100 an bhuaic is airde, is é an patrún 100 : 64.0 : 10.2.

Leanann dhá ghearrbhealach as seo. Léiríonn comhdhúil a bhfuil adamh clóirín amháin inti buaicí dhá aonad maise óna chéile i gcóimheas de thart ar 3 : 1, toisc go bhfuil p/q = 3.13. Léiríonn comhdhúil a bhfuil adamh bróimín amháin inti dhá bhuaic d'airde beagnach comhionann, toisc go liostaíonn NIST ⁷⁹Br ag 0.5069 agus ⁸¹Br ag 0.4931.

Earráidí struchtúir adamhaigh a chailleann marcanna

Eascraíonn formhór na mbotún as na trí chomhaireamh a mheascadh nó as an meáchan adamhach a láimhseáil mar airí d'adamh aonair. Scríobh Z, A agus an muirear sula gcomhaireann tú rud ar bith.

• Líon na bprótón a athrú chun ian a dhéanamh. Ní athraíonn muirear ach na leictreoin; socraíonn na prótóin an eilimint.
• Leictreoin a chur leis d'ian dearfach. Tá trí leictreon níos lú ag ian 3+ ná ag an adamh.
• An meáchan adamhach a léamh mar uimhir mhaise. Níl mais 35.45 u ag aon adamh clóirín; is meán é d'adaimh ag thart ar 35 u agus 37 u.
• Céatadáin a úsáid mar chodáin gan iad a roinnt ar 100, rud a thugann meán atá 100 uair ró-mhór.
• Dearmad a dhéanamh ar an bhfachtóir 2 do phéirí iseatóp measctha, ar nós ³⁵Cl–³⁷Cl, agus speictream maise á thuar.
• Iseatóip a thabhairt ar dhá núicilíd toisc go bhfuil an uimhir mhaise chéanna acu. Tá A i gcoiteann ag ¹⁴C agus ¹⁴N ach is eilimintí éagsúla iad.

Easnamh maise agus meáchain adamhacha eatraimh

Má shuimítear sé phrótón, sé neodrón agus sé leictreon le maiseanna CODATA, faightear 12.0989 u, ach is 12 u go beacht atá in adamh carbóin-12. Freagraíonn an 0.0989 u atá in easnamh, thart ar 0.82% den iomlán, don fhuinneamh a scaoileadh nuair a foirmíodh an núicléas. Is é an t-easnamh maise seo an fáth nach slánuimhreacha iad maiseanna iseatóp, agus is é pointe tosaigh an fhuinnimh cheangail núicléach é.

I gcás roinnt eilimintí, athraíonn an meascán iseatóp sách mór idir foinsí nádúrtha go dtuairiscíonn Coimisiún IUPAC um Fhlúirsí Iseatópacha agus Meáchain Adamhacha eatramh in ionad uimhir aonair. Liostaítear clóirín mar [35.446, 35.457] agus maignéisiam mar [24.304, 24.307]. I gcás gnáthríomhanna, úsáid na luachanna aonair coinbhinsiúnacha, 35.45 agus 24.305, mura ndeir do chúrsa a mhalairt.