រចនាសម្ព័ន្ធអាតូម និងអ៊ីសូតូប៖ ពីនិមិត្តសញ្ញានុយក្លីដទៅម៉ាសអាតូម

ប្រូតុង នឺត្រុង និងអេឡិចត្រុងជាឯកតាដែលបានវាស់

ប្រូតុងផ្ទុកបន្ទុក +1 គិតជាឯកតានៃបន្ទុកបឋម e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C ហើយអេឡិចត្រុងផ្ទុក −1។ នឺត្រុងគ្មានបន្ទុកទេ។ ម៉ាសជាធម្មតាត្រូវបានផ្តល់ជាឯកតាម៉ាសអាតូមបង្រួបបង្រួម (u ដែលហៅផងដែរថាដាល់តុន Da) ដែល 1 u ស្មើនឹងមួយភាគដប់ពីរនៃម៉ាសរបស់អាតូមកាបូន-12 គឺ 1.6605 × 10⁻²⁷ kg។

តាមតម្លៃ CODATA ឆ្នាំ 2022 ដែលបោះពុម្ពដោយ NIST ប្រូតុងមាន 1.007276 u នឺត្រុងមាន 1.008665 u ហើយអេឡិចត្រុងមាន 0.000549 u។ ប្រូតុងធ្ងន់ជាងអេឡិចត្រុងប្រហែល 1836 ដង ដូច្នេះម៉ាសស្ទើរតែទាំងអស់របស់អាតូមស្ថិតនៅក្នុងស្នូល។ ស្នូលក៏តូចល្អិតដែរ៖ កាំរបស់វាមានលំដាប់ 10⁻¹⁵ m ចំណែកកាំរបស់អាតូមមានលំដាប់ 10⁻¹⁰ m។ ដូច្នេះអេឡិចត្រុងកំណត់ទំហំ និងលក្ខណៈគីមីរបស់អាតូម ហើយស្នូលកំណត់ម៉ាសរបស់វា។

ការអាននិមិត្តសញ្ញានុយក្លីដ និងការរាប់ភាគល្អិតក្នុងអ៊ីយ៉ុង

លេខអាតូម Z គឺជាចំនួនប្រូតុង។ វាកំណត់ធាតុ៖ អាតូមណាដែលមានប្រូតុង 17 គឺជាក្លរ។ ចំនួនម៉ាស A គឺជាចំនួនសរុបនៃប្រូតុង និងនឺត្រុង ដូច្នេះចំនួននឺត្រុងគឺ A − Z។ និមិត្តសញ្ញានុយក្លីដសរសេរ A ជាអក្សរតូចលើខាងឆ្វេង និង Z ជាអក្សរតូចក្រោមខាងឆ្វេងនៃនិមិត្តសញ្ញាធាតុ ដូចក្នុង ³⁵₁₇Cl។ ដោយសារនិមិត្តសញ្ញាធាតុកំណត់ Z រួចហើយ គេច្រើនតែលុបអក្សរតូចក្រោមចោល ដោយសរសេរ ³⁵Cl ឬក្លរ-35។

ចំនួនអេឡិចត្រុងស្មើនឹងចំនួនប្រូតុងតែក្នុងអាតូមអព្យាក្រឹតប៉ុណ្ណោះ។ អ៊ីយ៉ុងដែលមានបន្ទុក q មានអេឡិចត្រុង Z − q ដូច្នេះបន្ទុកវិជ្ជមានមានន័យថាមានអេឡិចត្រុងតិចជាង ហើយបន្ទុកអវិជ្ជមានមានន័យថាមានច្រើនជាង។ បន្ទុកមិនដែលផ្លាស់ប្តូរស្នូលទេ។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 1។ សម្រាប់ ⁵⁶Fe³⁺៖ Z = 26 ដូច្នេះមានប្រូតុង 26 នឺត្រុង 56 − 26 = 30 និងអេឡិចត្រុង 26 − 3 = 23។ សម្រាប់ ¹²⁷I⁻៖ ប្រូតុង 53 នឺត្រុង 127 − 53 = 74 និងអេឡិចត្រុង 53 + 1 = 54។ សម្រាប់ ³⁴S²⁻៖ ប្រូតុង 16 នឺត្រុង 18 និងអេឡិចត្រុង 18។ សូមកត់សម្គាល់ថា ³⁴S²⁻ មានចំនួនអេឡិចត្រុងដូចអាតូមអាគុង។ ចំនួនអេឡិចត្រុងដែលដូចគ្នាទេ ដែលធ្វើឱ្យអ៊ីយ៉ុងជាអ៊ីសូអេឡិចត្រូនិច មិនមែនចំនួនម៉ាសដែលដូចគ្នាទេ។

ហេតុអ្វីបានជាអ៊ីសូតូបមានប្រតិកម្មដូចគ្នា ប៉ុន្តែមានម៉ាសខុសគ្នា

អ៊ីសូតូបគឺជាអាតូមដែលមាន Z ដូចគ្នា ប៉ុន្តែមានចំនួននឺត្រុងខុសគ្នា។ ក្លរ-35 និងក្លរ-37 សុទ្ធតែមានប្រូតុង 17 ហើយក្នុងនាមជាអាតូមអព្យាក្រឹត មានអេឡិចត្រុង 17។ ឥរិយាបថគីមីត្រូវបានគ្រប់គ្រងដោយអេឡិចត្រុង ដូច្នេះអ៊ីសូតូបទាំងពីរបង្កើតសមាសធាតុដូចគ្នាក្នុងផលធៀបដូចគ្នា។

លក្ខណៈដែលអាស្រ័យលើម៉ាសពិតជាខុសគ្នាបន្តិច។ ម៉ូលេគុលស្រាលជាងធ្វើចលនាលឿនជាងនៅសីតុណ្ហភាពដូចគ្នា ហើយចំណងជាមួយអ៊ីសូតូបធ្ងន់ជាងមានប្រតិកម្មយឺតជាងបន្តិច។ ឥទ្ធិពលទាំងនេះតូចសម្រាប់ធាតុធ្ងន់។ ការចម្រាញ់អ៊ុយរ៉ាញ៉ូមបង្ហាញថាវាតូចប៉ុណ្ណា។ តាមច្បាប់ក្រាហាំ ល្បឿនហូរចេញតាមរន្ធ (អេហ្វុយស្យុង) នៃ ²³⁵UF₆ និង ²³⁸UF₆ មានផលធៀប √(M₂/M₁)។ ដោយប្រើម៉ាសអ៊ីសូតូបរបស់ NIST, M(²³⁵UF₆) = 349.034 g/mol និង M(²³⁸UF₆) = 352.041 g/mol ដូច្នេះផលធៀបគឺ √(352.041/349.034) = 1.0043។ ការឆ្លងកាត់របាំងម្តងបង្កើនកម្រិតអ៊ីសូតូបស្រាលជាងតិចជាងកន្លះភាគរយ ហេតុនេះហើយបានជារោងចក្រចម្រាញ់ត្រូវការដំណាក់កាលជាច្រើនតភ្ជាប់ជាស៊េរី។

មធ្យមភាគថ្លឹង៖ ពីម៉ាសអ៊ីសូតូបទៅម៉ាសអាតូម

ម៉ាសអាតូមនៅលើតារាងខួបមិនមែនជាម៉ាសរបស់អាតូមណាមួយទេ។ វាជាម៉ាសមធ្យមនៃអាតូមរបស់ធាតុក្នុងសំណាកធម្មតា ដែលថ្លឹងតាមកម្រិតញឹកញាប់នៃអ៊ីសូតូបនីមួយៗ។ គុណម៉ាសរបស់អ៊ីសូតូបនីមួយៗនឹងភាពសម្បូរជាប្រភាគរបស់វា ហើយបូកផលគុណទាំងនោះ។ ប្រភាគទាំងអស់ត្រូវតែបូកបាន 1។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 2។ ម៉ាញេស្យូមមានអ៊ីសូតូបស្ថិតស្ថេរបី។ ពីតារាង Atomic Weights and Isotopic Compositions របស់ NIST៖ ²⁴Mg, 23.985042 u ភាពសម្បូរ 0.7899; ²⁵Mg, 24.985837 u, 0.1000; ²⁶Mg, 25.982593 u, 0.1101។ ផលគុណគឺ 18.94578, 2.49858 និង 2.86068 u ហើយផលបូករបស់វាគឺ 24.30505 u។ ច្បាប់ខ្ទង់សំខាន់តឹងរឹងដែលអនុវត្តលើភាពសម្បូរបួនខ្ទង់ នឹងបង្គត់លេខនេះទៅ 24.31 u។ ប្រសិនបើរក្សាទុកបីខ្ទង់ទសភាគ វាគឺ 24.305 u ដែលជាតម្លៃតាមទម្លាប់ដែលបោះពុម្ពនៅលើតារាងខួបភាគច្រើន។

ធ្វើការគណនាដូចគ្នាសម្រាប់ក្លរ ដោយប្រើ ³⁵Cl នៅ 34.968853 u ជាមួយភាពសម្បូរ 0.7576 និង ³⁷Cl នៅ 36.965903 u ជាមួយ 0.2424៖ 26.4924 + 8.9605 = 35.453 u។ ការប៉ាន់ស្មានរហ័សចាប់កំហុសបាន៖ មធ្យមភាគត្រូវតែស្ថិតនៅចន្លោះម៉ាសអ៊ីសូតូប និងនៅជិតម៉ាសនៃអ៊ីសូតូបដែលសម្បូរជាង។

ការគណនាថយក្រោយដើម្បីរកភាពសម្បូរនៃអ៊ីសូតូប

ប្រសិនបើធាតុមួយមានអ៊ីសូតូបពីរ ហើយអ្នកដឹងម៉ាសអាតូម អ្នកអាចដោះស្រាយរកភាពសម្បូរបាន។ តាងប្រភាគនៃអ៊ីសូតូបទីមួយដោយ x នោះអ៊ីសូតូបទីពីរគឺ 1 − x។ សរសេរមធ្យមភាគថ្លឹងជាសមីការ ហើយដោះស្រាយរក x។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 3។ ទង់ដែងមានម៉ាសអាតូមស្តង់ដារ 63.546 និងអ៊ីសូតូបស្ថិតស្ថេរពីរ គឺ ⁶³Cu នៅ 62.929598 u និង ⁶⁵Cu នៅ 64.927790 u (NIST)។ ដូច្នេះ 62.929598x + 64.927790(1 − x) = 63.546។ ការរៀបចំឡើងវិញផ្តល់ x = (64.927790 − 63.546)/(64.927790 − 62.929598) = 1.381790/1.998192 = 0.6915។ ដូច្នេះទង់ដែងមាន ⁶³Cu 69.15% និង ⁶⁵Cu 30.85% ដែលត្រូវនឹងភាពសម្បូររបស់ NIST គឺ 0.6915 និង 0.3085។

វិធីនេះដំណើរការតែសម្រាប់អ៊ីសូតូបពីរប៉ុណ្ណោះ។ បើមានបី មធ្យមភាគមួយផ្តល់សមីការតែមួយដែលមានអញ្ញាតពីរ ហើយអ្នកត្រូវការការវាស់មួយទៀត ដូចជាវិសាលគមម៉ាស។

លំនាំអ៊ីសូតូបក្នុងវិសាលគមម៉ាស

ស្ប៉ិចត្រូម៉ែត្រម៉ាសធ្វើអ៊ីយ៉ូដកម្មសំណាក បំបែកអ៊ីយ៉ុងតាមផលធៀបម៉ាសលើបន្ទុក ហើយកត់ត្រាថាមានអ៊ីយ៉ុងប៉ុន្មានមកដល់នៅតម្លៃនីមួយៗ។ សម្រាប់ធាតុតែមួយ កម្ពស់កំពូលផ្តល់ភាពសម្បូរនៃអ៊ីសូតូបដោយផ្ទាល់។ សម្រាប់ម៉ូលេគុល អ៊ីសូតូបផ្សំគ្នា ហើយបង្កើតលំនាំដែលអាចស្គាល់បាន។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 4។ ទស្សន៍ទាយលំនាំអ៊ីយ៉ុងម៉ូលេគុលនៃ Cl₂។ តាង p = 0.7576 សម្រាប់ ³⁵Cl និង q = 0.2424 សម្រាប់ ³⁷Cl។ ម៉ូលេគុលមួយជា ³⁵Cl–³⁵Cl (ម៉ាស 70) ដោយប្រូបាប p² = 0.5740 ជា ³⁵Cl–³⁷Cl (ម៉ាស 72) ដោយប្រូបាប 2pq = 0.3673 និងជា ³⁷Cl–³⁷Cl (ម៉ាស 74) ដោយប្រូបាប q² = 0.0588។ កត្តា 2 រាប់របៀបពីរដើម្បីទទួលបានអ៊ីសូតូបនីមួយៗមួយ។ នៅពេលធ្វើមាត្រដ្ឋានឱ្យកំពូលខ្ពស់បំផុតស្មើ 100 លំនាំគឺ 100 : 64.0 : 10.2។

ផ្លូវកាត់ពីរកើតចេញពីនេះ។ សមាសធាតុដែលមានអាតូមក្លរមួយបង្ហាញកំពូលដែលឃ្លាតគ្នាពីរឯកតាម៉ាស ក្នុងផលធៀបប្រហែល 3 : 1 ព្រោះ p/q = 3.13។ សមាសធាតុដែលមានអាតូមប្រូមមួយបង្ហាញកំពូលពីរដែលមានកម្ពស់ស្ទើរតែស្មើគ្នា ព្រោះ NIST រាយបញ្ជី ⁷⁹Br នៅ 0.5069 និង ⁸¹Br នៅ 0.4931។

កំហុសរចនាសម្ព័ន្ធអាតូមដែលធ្វើឱ្យបាត់ពិន្ទុ

កំហុសភាគច្រើនមកពីការច្រឡំចំនួនទាំងបី ឬពីការចាត់ទុកម៉ាសអាតូមជាលក្ខណៈរបស់អាតូមតែមួយ។ សរសេរ Z, A និងបន្ទុកមុនពេលអ្នករាប់អ្វីមួយ។

• ផ្លាស់ប្តូរចំនួនប្រូតុងដើម្បីបង្កើតអ៊ីយ៉ុង។ បន្ទុកផ្លាស់ប្តូរតែអេឡិចត្រុងប៉ុណ្ណោះ ប្រូតុងកំណត់ធាតុ។
• បន្ថែមអេឡិចត្រុងសម្រាប់អ៊ីយ៉ុងវិជ្ជមាន។ អ៊ីយ៉ុង 3+ មានអេឡិចត្រុងតិចជាងអាតូមបី។
• អានម៉ាសអាតូមថាជាចំនួនម៉ាស។ គ្មានអាតូមក្លរណាមានម៉ាស 35.45 u ទេ វាជាមធ្យមភាគនៃអាតូមដែលមានប្រហែល 35 u និង 37 u។
• ប្រើភាគរយជាប្រភាគដោយមិនចែកនឹង 100 ដែលផ្តល់មធ្យមភាគធំពេក 100 ដង។
• ភ្លេចកត្តា 2 សម្រាប់គូអ៊ីសូតូបចម្រុះ ដូចជា ³⁵Cl–³⁷Cl នៅពេលទស្សន៍ទាយវិសាលគមម៉ាស។
• ហៅនុយក្លីដពីរថាអ៊ីសូតូប ព្រោះវាមានចំនួនម៉ាសដូចគ្នា។ ¹⁴C និង ¹⁴N មាន A ដូចគ្នា ប៉ុន្តែជាធាតុខុសគ្នា។

កង្វះម៉ាស និងម៉ាសអាតូមជាចន្លោះ

ការបូកប្រូតុងប្រាំមួយ នឺត្រុងប្រាំមួយ និងអេឡិចត្រុងប្រាំមួយ ដោយប្រើម៉ាស CODATA ផ្តល់ 12.0989 u ប៉ុន្តែអាតូមកាបូន-12 មានម៉ាស 12 u ពិតប្រាកដ។ ម៉ាស 0.0989 u ដែលបាត់ ប្រហែល 0.82% នៃម៉ាសសរុប ត្រូវនឹងថាមពលដែលបានបញ្ចេញនៅពេលស្នូលកកើតឡើង។ កង្វះម៉ាសនេះជាមូលហេតុដែលម៉ាសអ៊ីសូតូបមិនមែនជាចំនួនគត់ ហើយវាជាចំណុចចាប់ផ្តើមសម្រាប់ថាមពលចំណងនុយក្លេអ៊ែរ។

សម្រាប់ធាតុខ្លះ ល្បាយអ៊ីសូតូបប្រែប្រួលខ្លាំងគ្រប់គ្រាន់រវាងប្រភពធម្មជាតិ ដែលគណៈកម្មការ IUPAC ទទួលបន្ទុកភាពសម្បូរអ៊ីសូតូប និងម៉ាសអាតូម រាយការណ៍ជាចន្លោះ ជំនួសឱ្យចំនួនតែមួយ។ ក្លរត្រូវបានរាយបញ្ជីជា [35.446, 35.457] ហើយម៉ាញេស្យូមជា [24.304, 24.307]។ សម្រាប់ការគណនាធម្មតា ចូរប្រើតម្លៃតែមួយតាមទម្លាប់ គឺ 35.45 និង 24.305 លើកលែងតែវគ្គសិក្សារបស់អ្នកកំណត់ផ្សេង។