Avahiya atomî û îzotop: ji sembolên nuklîdan bo kêşa atomî

Proton, notron û elektron bi yekeyên pîvandî

Proton di yekeyên barê bingehîn de, e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C, barê +1 hildigire, û elektron −1 hildigire. Notron bê bar e. Girse bi gelemperî bi yekeyên girseya atomî yên yekgirtî têne dayîn (u, ku jê re dalton, Da, jî tê gotin), ku 1 u yek ji diwanzdehan a girseya atomeke karbon-12 ye, 1.6605 × 10⁻²⁷ kg.

Li gorî nirxên CODATA yên 2022 ku NIST weşandine, proton 1.007276 u, notron 1.008665 u û elektron 0.000549 u ye. Proton nêzîkî 1836 carî ji elektronê girantir e, ji ber vê yekê hema hema hemû girseya atomekê di navokê de ye. Navok her weha pir piçûk e: radyûsa wê di asta 10⁻¹⁵ m de ye, dema ku radyûsa atomê di asta 10⁻¹⁰ m de ye. Ji ber vê yekê elektron mezinahî û kîmyaya atomekê diyar dikin, û navok girseya wê diyar dike.

Xwendina sembolên nuklîdan û jimartina pariyan di îyonan de

Hejmara atomî Z hejmara protonan e. Ew elementê pênase dike: her atoma bi 17 protonan klor e. Hejmara girseyê A hejmara tevahî ya proton û notronan e, ji ber vê yekê hejmara notronan A − Z ye. Sembolek nuklîdê A wekî jorinivîseke çepê û Z wekî jêrnivîseke çepê li ser sembola elementê dinivîse, wekî di ³⁵₁₇Cl de. Ji ber ku sembol berê Z diyar dike, jêrnivîs pir caran tê avêtin, û ³⁵Cl an klor-35 dide.

Elektron tenê di atomeke bêalî de bi protonan re wekhev in. Îyoneke bi barê q Z − q elektron heye, ji ber vê yekê barê erênî tê wateya elektronên kêmtir û barê neyînî tê wateya elektronên zêdetir. Bar qet navokê naguherîne.

Mînaka çareserkirî 1. Ji bo ⁵⁶Fe³⁺: Z = 26, ji ber vê yekê 26 proton; 56 − 26 = 30 notron; 26 − 3 = 23 elektron. Ji bo ¹²⁷I⁻: 53 proton, 127 − 53 = 74 notron û 53 + 1 = 54 elektron. Ji bo ³⁴S²⁻: 16 proton, 18 notron û 18 elektron. Bala xwe bide ku ³⁴S²⁻ heman hejmara elektronan wekî atomeke argonê heye; hejmarên elektronan ên wekhev in ku îyonan îzoelektronî dikin, ne hejmarên girseyê yên wekhev.

Çima îzotop wekhev reaksiyon dikin lê di girseyê de ji hev cuda ne

Îzotop atomên bi heman Z lê bi hejmarên notronan ên cuda ne. Klor-35 û klor-37 her du 17 proton û, wekî atomên bêalî, 17 elektron hene. Tevgera kîmyewî ji hêla elektronan ve tê kontrolkirin, ji ber vê yekê her du îzotop heman pêkhateyan bi heman nisbetan çêdikin.

Taybetmendiyên ku bi girseyê ve girêdayî ne bi rastî hinekî ji hev cuda ne. Molekulên siviktir di germahiyeke diyarkirî de bileztir diçin, û girêdanên bi îzotopên girantir re hinekî hêdîtir reaksiyon dikin. Ev bandor ji bo elementên giran piçûk in. Dewlemendkirina uranyûmê nîşan dide ka çiqas piçûk. Li gorî yasaya Graham, lezên efûzyonê yên ²³⁵UF₆ û ²³⁸UF₆ di nisbeta √(M₂/M₁) de ne. Bi girseyên îzotopan ên NIST, M(²³⁵UF₆) = 349.034 g/mol û M(²³⁸UF₆) = 352.041 g/mol, ji ber vê yekê nisbet √(352.041/349.034) = 1.0043 e. Derbasbûnek di nav astengekê re îzotopa siviktir bi kêmtir ji nîv ji sedî dewlemend dike, ev e sedema ku kargehên dewlemendkirinê gelek qonaxên li pey hev hewce dikin.

Navîniyên giranîkirî: ji girseyên îzotopan bo kêşa atomî

Kêşa atomî ya li ser tabloya periyodîk ne girseya atomeke yekane ye. Ew girseya navînî ya atomên elementê di nimûneyeke asayî de ye, li gorî ka her îzotop çiqas berbelav e giranîkirî. Girseya her îzotopê bi pirbûna wê ya perçeyî re bipirkîne û hilberan li hev bike. Divê perçe bi hev re bibin 1.

Mînaka çareserkirî 2. Magnezyûm sê îzotopên aram hene. Ji tabloyên NIST yên Kêşên Atomî û Pêkhateyên Îzotopî: ²⁴Mg, 23.985042 u, pirbûn 0.7899; ²⁵Mg, 24.985837 u, 0.1000; ²⁶Mg, 25.982593 u, 0.1101. Hilber 18.94578, 2.49858 û 2.86068 u ne, û berhevoka wan 24.30505 u ye. Rêzikên hişk ên reqemên girîng ku li pirbûnên çar-reqemî bên sepandin dê vê bo 24.31 u bidor bikin. Heta sê cihên dehyekan hatî hiştin, ew 24.305 u ye, nirxa peymanî ku li ser piraniya tabloyên periyodîk hatiye çapkirin.

Heman hesabê ji bo klorê bike, bi ³⁵Cl di 34.968853 u de bi pirbûna 0.7576 û ³⁷Cl di 36.965903 u de bi 0.2424: 26.4924 + 8.9605 = 35.453 u. Texmîneke bilez xeletiyan digire: divê navînî di navbera girseyên îzotopan de be û nêzîktirî ya berbelavtir be.

Xebata berovajî ji bo dîtina pirbûna îzotopekê

Heke elementek du îzotop hebin û tu kêşa atomî bizanî, tu dikarî pirbûnan çareser bikî. Perçeya îzotopa yekem x bi nav bike; ya duyemîn wê demê 1 − x ye. Navîniya giranîkirî wekî hevkêşeyekê binivîse û ji bo x çareser bike.

Mînaka çareserkirî 3. Mis kêşeke atomî ya standard a 63.546 û du îzotopên aram hene, ⁶³Cu di 62.929598 u de û ⁶⁵Cu di 64.927790 u de (NIST). Wê demê 62.929598x + 64.927790(1 − x) = 63.546. Ji nû ve rêzkirin x = (64.927790 − 63.546)/(64.927790 − 62.929598) = 1.381790/1.998192 = 0.6915 dide. Ji ber vê yekê mis ji sedî 69.15 ⁶³Cu û ji sedî 30.85 ⁶⁵Cu ye, ku pirbûnên NIST yên 0.6915 û 0.3085 dubare dike.

Ev rêbaz tenê ji bo du îzotopan dixebite. Bi sêyan re, yek navînî yek hevkêşeyê bi du nenasan dide, û tu pîvandineke din hewce dikî, wekî spektreke girseyê.

Nimûneyên îzotopan di spektreke girseyê de

Spektrometreke girseyê nimûneyekê îyonîze dike, îyonan li gorî nisbeta girse-bo-barê ji hev vediqetîne û tomar dike ka çend ji wan li her nirxê digihîjin. Ji bo elementeke yekane, bilindahiyên lûtkeyan rasterast pirbûna îzotopan didin. Ji bo molekulan, îzotop bi hev re dibin û nimûneyên naskirî çêdikin.

Mînaka çareserkirî 4. Nimûneya îyona molekulî ya Cl₂ pêşbîn bike. Bila p = 0.7576 ji bo ³⁵Cl û q = 0.2424 ji bo ³⁷Cl be. Molekulek bi îhtîmala p² = 0.5740 ³⁵Cl–³⁵Cl (girse 70) e, bi îhtîmala 2pq = 0.3673 ³⁵Cl–³⁷Cl (girse 72) e, û bi îhtîmala q² = 0.0588 ³⁷Cl–³⁷Cl (girse 74) e. Faktora 2 du awayên bidestxistina yek ji her yekê dijmêre. Dema wisa bê pîvankirin ku lûtkeya herî bilind 100 be, nimûne 100 : 64.0 : 10.2 e.

Du kurtebir ji vê derdikevin. Pêkhateyeke bi yek atoma klorê lûtkeyan bi du yekeyên girseyê ji hev dûr di nisbeta nêzîkî 3 : 1 de nîşan dide, ji ber ku p/q = 3.13. Pêkhateyeke bi yek atoma bromê du lûtkeyên bi bilindahiya hema hema wekhev nîşan dide, ji ber ku NIST ⁷⁹Br di 0.5069 de û ⁸¹Br di 0.4931 de lîste dike.

Xeletiyên avahiya atomî yên ku pûanan winda dikin

Piraniya xeletiyan ji tevlihevkirina sê jimartinan an ji dîtina kêşa atomî wekî taybetmendiyeke atomeke yekane têne. Berî ku tiştekî bijmêrî, Z, A û barê binivîse.

• Guherandina hejmara protonan ji bo çêkirina îyonekê. Bar tenê elektronan diguherîne; proton elementê diyar dikin.
• Zêdekirina elektronan ji bo îyoneke erênî. Îyoneke 3+ sê elektron ji atomê kêmtir heye.
• Xwendina kêşa atomî wekî hejmara girseyê. Tu atoma klorê girseya 35.45 u nîne; ew navîniya atomên nêzîkî 35 u û 37 u ye.
• Bikaranîna ji sedî wekî perçeyan bêyî dabeşkirina bi 100, ku navîniyeke 100 carî pir mezin dide.
• Ji bîrkirina faktora 2 ji bo cotên îzotopan ên tevlihev, wekî ³⁵Cl–³⁷Cl, dema pêşbînkirina spektreke girseyê.
• Gotina ku du nuklîd îzotop in ji ber ku heman hejmara girseyê hene. ¹⁴C û ¹⁴N A parve dikin lê elementên cuda ne.

Kêmasiya girseyê û kêşên atomî yên navberî

Lêzêdekirina şeş proton, şeş notron û şeş elektronan bi girseyên CODATA 12.0989 u dide, lê atomeke karbon-12 tam 12 u ye. 0.0989 u ya winda, nêzîkî ji sedî 0.82 ya tevahiyê, li hember enerjiya ku dema navok çêbû azad bû ye. Ev kêmasiya girseyê sedema ku girseyên îzotopan ne hejmarên temam in, û ew xala destpêkê ya enerjiya girêdana navokî ye.

Ji bo hin elementan, tevliheviya îzotopan di navbera çavkaniyên xwezayî de têra xwe diguhere ku Komîsyona IUPAC ya Pirbûna Îzotopan û Kêşên Atomî li şûna hejmareke yekane navberekê rapor dike. Klor wekî [35.446, 35.457] û magnezyûm wekî [24.304, 24.307] hatine lîstekirin. Ji bo hesabên asayî, nirxên yekane yên peymanî, 35.45 û 24.305, bi kar bîne, heya ku dersa te tiştekî din nebêje.