Ìṣètò Átọ̀mù àti Àwọn Ísótóòpù: Láti Àmì Núklídì Dé Ìwúwo Átọ̀mù

Àwọn prótónì, nẹ́útírọ́ọ̀nù àti ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù ní àwọn ẹ̀ka ìwọ̀n tí a wọ̀n

Prótónì ń gbé ẹrù iná +1 ní ẹ̀ka ẹrù iná ìpìlẹ̀, e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C, ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù sì ń gbé −1. Nẹ́útírọ́ọ̀nù kò ní ẹrù iná. A sábà máa ń fún ni àwọn ìwúwo ní àwọn ẹ̀ka ìwúwo átọ̀mù àjọṣe (u, tí a tún ń pè ní dáltọ́ọ̀nù, Da), níbi tí 1 u jẹ́ ìdá kejìlá ìwúwo átọ̀mù kábọ́nù-12, 1.6605 × 10⁻²⁷ kg.

Láti àwọn iye CODATA 2022 tí NIST tẹ̀jáde, prótónì jẹ́ 1.007276 u, nẹ́útírọ́ọ̀nù jẹ́ 1.008665 u, ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù sì jẹ́ 0.000549 u. Prótónì wúwo ju ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù lọ ní nǹkan bí ìlọ́po 1836, nítorí náà fere gbogbo ìwúwo átọ̀mù wà nínú nukilíọ̀sì. Nukilíọ̀sì tún kéré gan-an: rédíọ̀sì rẹ̀ wà ní ìpele 10⁻¹⁵ m, nígbà tí rédíọ̀sì átọ̀mù wà ní ìpele 10⁻¹⁰ m. Àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù nítorí náà ló ń pinnu ìwọ̀n átọ̀mù àti kẹ́místrì rẹ̀, nukilíọ̀sì sì ń pinnu ìwúwo rẹ̀.

Kíka àwọn àmì núklídì àti kíka àwọn pátíkù nínú àwọn íọ̀nù

Nọ́ńbà átọ̀mù Z ni iye àwọn prótónì. Òun ló ń túmọ̀ èròjà náà: gbogbo átọ̀mù tó ní prótónì 17 jẹ́ klóríìnì. Nọ́ńbà ìwúwo A ni àpapọ̀ iye àwọn prótónì àti nẹ́útírọ́ọ̀nù, nítorí náà iye nẹ́útírọ́ọ̀nù jẹ́ A − Z. Àmì núklídì ń kọ A bí àmì òkè ní òsì àti Z bí àmì ìsàlẹ̀ ní òsì lórí àmì èròjà, bíi nínú ³⁵₁₇Cl. Nítorí pé àmì èròjà ti pinnu Z tẹ́lẹ̀, a sábà máa ń fi àmì ìsàlẹ̀ sílẹ̀, tí ó fún ni ³⁵Cl tàbí klóríìnì-35.

Àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù dọ́gba pẹ̀lú àwọn prótónì nínú átọ̀mù aláìní ẹrù iná nìkan. Íọ̀nù tó ní ẹrù iná q ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù Z − q, nítorí náà ẹrù iná rere túmọ̀ sí ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù tó kéré sí i, ẹrù iná òdì sì túmọ̀ sí ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù tó pọ̀ sí i. Ẹrù iná kì í yí nukilíọ̀sì padà rárá.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 1. Fún ⁵⁶Fe³⁺: Z = 26, nítorí náà prótónì 26; 56 − 26 = 30 nẹ́útírọ́ọ̀nù; 26 − 3 = 23 ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù. Fún ¹²⁷I⁻: prótónì 53, 127 − 53 = 74 nẹ́útírọ́ọ̀nù àti 53 + 1 = 54 ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù. Fún ³⁴S²⁻: prótónì 16, nẹ́útírọ́ọ̀nù 18 àti ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 18. Kíyèsí pé ³⁴S²⁻ ní iye ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kan náà pẹ̀lú átọ̀mù áàgọ́nù; iye ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù tó bára mu ló ń mú kí àwọn íọ̀nù ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù iye kan náà, kì í ṣe nọ́ńbà ìwúwo tó bára mu.

Ìdí tí àwọn ísótóòpù fi ń hùwàpọ̀ bákan náà ṣùgbọ́n tí ìwúwo wọn yàtọ̀

Àwọn ísótóòpù jẹ́ àwọn átọ̀mù tó ní Z kan náà ṣùgbọ́n iye nẹ́útírọ́ọ̀nù tó yàtọ̀. Klóríìnì-35 àti klóríìnì-37 méjèèjì ní prótónì 17 àti, gẹ́gẹ́ bí átọ̀mù aláìní ẹrù iná, ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 17. Àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù ló ń darí ìhùwà kẹ́míkà, nítorí náà àwọn ísótóòpù méjèèjì ń ṣẹ̀dá àwọn agbo kan náà ní àwọn ìbátan kan náà.

Àwọn ànímọ́ tó sinmi lórí ìwúwo yàtọ̀ díẹ̀ ní tòótọ́. Àwọn mọ́lẹ́kùùlù tó fúyẹ́ jù ń yára jù ní ìwọ̀n ooru kan, àwọn ìsopọ̀ sí àwọn ísótóòpù tó wúwo jù sì ń hùwàpọ̀ lọ́ra díẹ̀. Àwọn ipa wọ̀nyí kéré fún àwọn èròjà tó wúwo. Ìmúlágbára yúréníọ́mù fi bí wọ́n ṣe kéré tó hàn. Nípa òfin Graham, ìyára ìjáde ²³⁵UF₆ àti ²³⁸UF₆ wà ní ìbátan √(M₂/M₁). Nípa lílo àwọn ìwúwo ísótóòpù NIST, M(²³⁵UF₆) = 349.034 g/mol àti M(²³⁸UF₆) = 352.041 g/mol, nítorí náà ìbátan náà jẹ́ √(352.041/349.034) = 1.0043. Ìkọjá kan láàrin ìdènà ń mú ísótóòpù tó fúyẹ́ jù lágbára sí i ní kéré ju ààbọ̀ ìdá-ọgọ́rùn-ún kan lọ, ìdí nìyí tí àwọn ilé-iṣẹ́ ìmúlágbára fi nílò ọ̀pọ̀ ìpele tí a tò tẹ̀léra.

Àwọn ìpíndọ́gba oníwọ̀n: láti àwọn ìwúwo ísótóòpù dé ìwúwo átọ̀mù

Ìwúwo átọ̀mù lórí tábìlì àwọn èròjà kì í ṣe ìwúwo átọ̀mù kan ṣoṣo. Ó jẹ́ ìwúwo ìpíndọ́gba àwọn átọ̀mù èròjà náà nínú àpẹẹrẹ déédé, tí a wọ̀n gẹ́gẹ́ bí ísótóòpù kọ̀ọ̀kan ṣe wọ́pọ̀ tó. Sọ ìwúwo ísótóòpù kọ̀ọ̀kan di púpọ̀ pẹ̀lú ìpọ̀sí oní-ìdá rẹ̀, kí o sì fi àwọn èsì náà kún ara wọn. Àwọn ìdá náà gbọ́dọ̀ papọ̀ jẹ́ 1.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 2. Mágnẹ́síọ́mù ní ísótóòpù mẹ́ta tó dúró ṣinṣin. Láti àwọn tábìlì NIST Atomic Weights and Isotopic Compositions: ²⁴Mg, 23.985042 u, ìpọ̀sí 0.7899; ²⁵Mg, 24.985837 u, 0.1000; ²⁶Mg, 25.982593 u, 0.1101. Àwọn èsì ìsọdipúpọ̀ jẹ́ 18.94578, 2.49858 àti 2.86068 u, àpapọ̀ wọn sì jẹ́ 24.30505 u. Àwọn òfin díjítì pàtàkì tó le, tí a lò sí àwọn ìpọ̀sí oní-díjítì mẹ́rin, yóò yí èyí sí 24.31 u. Tí a bá pa á mọ́ sí ibi ìdá mẹ́wàá mẹ́ta, ó jẹ́ 24.305 u, iye àṣà tí a tẹ̀ sórí ọ̀pọ̀ tábìlì àwọn èròjà.

Ṣe ìṣirò kan náà fún klóríìnì, nípa lílo ³⁵Cl ní 34.968853 u pẹ̀lú ìpọ̀sí 0.7576 àti ³⁷Cl ní 36.965903 u pẹ̀lú 0.2424: 26.4924 + 8.9605 = 35.453 u. Ìdíyelé kíákíá ń mú àwọn àṣìṣe: ìpíndọ́gba gbọ́dọ̀ wà láàrin àwọn ìwúwo ísótóòpù, kí ó sì sún mọ́ èyí tó pọ̀ jù.

Ṣíṣiṣẹ́ padà sẹ́yìn láti rí ìpọ̀sí ísótóòpù kan

Tí èròjà kan bá ní ísótóòpù méjì tí o sì mọ ìwúwo átọ̀mù rẹ̀, o lè yanjú fún àwọn ìpọ̀sí. Pe ìdá ísótóòpù àkọ́kọ́ ní x; ìdá kejì nígbà náà jẹ́ 1 − x. Kọ ìpíndọ́gba oníwọ̀n bí ìdọ́gba kan, kí o sì yanjú fún x.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 3. Bàbà ní ìwúwo átọ̀mù ìwọ̀n 63.546 àti ísótóòpù méjì tó dúró ṣinṣin, ⁶³Cu ní 62.929598 u àti ⁶⁵Cu ní 64.927790 u (NIST). Nígbà náà 62.929598x + 64.927790(1 − x) = 63.546. Títún un ṣètò fún ni x = (64.927790 − 63.546)/(64.927790 − 62.929598) = 1.381790/1.998192 = 0.6915. Nítorí náà bàbà jẹ́ 69.15% ⁶³Cu àti 30.85% ⁶⁵Cu, èyí tó tún àwọn ìpọ̀sí NIST ti 0.6915 àti 0.3085 ṣe.

Ọ̀nà yìí ń ṣiṣẹ́ fún ísótóòpù méjì nìkan. Pẹ̀lú mẹ́ta, ìpíndọ́gba kan ń fún ni ìdọ́gba kan pẹ̀lú àìmọ̀ méjì, o sì nílò ìwọ̀n mìíràn, bíi sípẹ́ktírọ̀mù ìwúwo.

Àwọn àpẹẹrẹ ísótóòpù nínú sípẹ́ktírọ̀mù ìwúwo

Sípẹ́ktírọ́mítà ìwúwo ń sọ àpẹẹrẹ kan di íọ̀nù, ó ń ya àwọn íọ̀nù sọ́tọ̀ nípa ìbátan ìwúwo-sí-ẹrù iná, ó sì ń kọ iye tó dé ní iye kọ̀ọ̀kan sílẹ̀. Fún èròjà kan ṣoṣo, gíga àwọn téńté ń fún ni àwọn ìpọ̀sí ísótóòpù tààrà. Fún àwọn mọ́lẹ́kùùlù, àwọn ísótóòpù ń darapọ̀, wọ́n sì ń ṣẹ̀dá àwọn àpẹẹrẹ tí a lè dá mọ̀.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 4. Sọ àpẹẹrẹ íọ̀nù mọ́lẹ́kùùlù ti Cl₂ tẹ́lẹ̀. Jẹ́ kí p = 0.7576 fún ³⁵Cl àti q = 0.2424 fún ³⁷Cl. Mọ́lẹ́kùùlù kan jẹ́ ³⁵Cl–³⁵Cl (ìwúwo 70) pẹ̀lú àǹfààní p² = 0.5740, ³⁵Cl–³⁷Cl (ìwúwo 72) pẹ̀lú àǹfààní 2pq = 0.3673, àti ³⁷Cl–³⁷Cl (ìwúwo 74) pẹ̀lú àǹfààní q² = 0.0588. Kókó 2 náà ń ka ọ̀nà méjì láti rí ọ̀kọ̀ọ̀kan. Tí a bá ṣe ìwọ̀n rẹ̀ kí téńté tó ga jù jẹ́ 100, àpẹẹrẹ náà jẹ́ 100 : 64.0 : 10.2.

Ọ̀nà àbùjá méjì tẹ̀lé e. Agbo tó ní átọ̀mù klóríìnì kan ń fi àwọn téńté tó jìnnà sí ara wọn ní ẹ̀ka ìwúwo méjì hàn ní ìbátan nǹkan bí 3 : 1, nítorí p/q = 3.13. Agbo tó ní átọ̀mù brómínì kan ń fi téńté méjì tí gíga wọn fẹ́rẹ̀ẹ́ dọ́gba hàn, nítorí NIST ṣe àtòkọ ⁷⁹Br ní 0.5069 àti ⁸¹Br ní 0.4931.

Àwọn àṣìṣe ìṣètò átọ̀mù tó ń gba máàkì lọ́wọ́ rẹ

Ọ̀pọ̀ àṣìṣe wá láti dída àwọn ìkà mẹ́ta náà rú tàbí láti kíka ìwúwo átọ̀mù sí ànímọ́ átọ̀mù kan ṣoṣo. Kọ Z, A àti ẹrù iná sílẹ̀ kí o tó ka ohunkóhun.

• Yíyí iye prótónì padà láti ṣe íọ̀nù. Ẹrù iná ń yí àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù nìkan padà; àwọn prótónì ló ń pinnu èròjà.
• Fífi ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù kún un fún íọ̀nù rere. Íọ̀nù 3+ ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù mẹ́ta tó kéré ju ti átọ̀mù lọ.
• Kíka ìwúwo átọ̀mù bí nọ́ńbà ìwúwo. Kò sí átọ̀mù klóríìnì tí ìwúwo rẹ̀ jẹ́ 35.45 u; ó jẹ́ ìpíndọ́gba àwọn átọ̀mù ní nǹkan bí 35 u àti 37 u.
• Lílo ìdá-ọgọ́rùn-ún bí ìdá láìpín pẹ̀lú 100, èyí tó ń fún ni ìpíndọ́gba tó tóbi jù ní ìlọ́po 100.
• Gbígbàgbé kókó 2 fún àwọn ìpéjú ísótóòpù àdàpọ̀, bíi ³⁵Cl–³⁷Cl, nígbà tí a bá ń sọ sípẹ́ktírọ̀mù ìwúwo tẹ́lẹ̀.
• Pípe núklídì méjì ní ísótóòpù nítorí pé wọ́n ní nọ́ńbà ìwúwo kan náà. ¹⁴C àti ¹⁴N pín A ṣùgbọ́n wọ́n jẹ́ èròjà yàtọ̀.

Àdínkù ìwúwo àti àwọn ìwúwo átọ̀mù onígbà-ààlà

Fífi prótónì mẹ́fà, nẹ́útírọ́ọ̀nù mẹ́fà àti ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù mẹ́fà kún ara wọn pẹ̀lú àwọn ìwúwo CODATA fún ni 12.0989 u, síbẹ̀ átọ̀mù kábọ́nù-12 jẹ́ 12 u gan-an. 0.0989 u tó sọnù, nǹkan bí 0.82% ti àpapọ̀, bá agbára tí a tú jáde nígbà tí nukilíọ̀sì ṣẹ̀dá mu. Àdínkù ìwúwo yìí ni ìdí tí àwọn ìwúwo ísótóòpù kì í fi í ṣe nọ́ńbà odindi, òun sì ni ìbẹ̀rẹ̀ agbára ìsopọ̀ nukilíọ̀sì.

Fún àwọn èròjà kan, àdàpọ̀ ísótóòpù ń yàtọ̀ tó bẹ́ẹ̀ láàrin àwọn orísun àdánidá tí Ìgbìmọ̀ IUPAC lórí Ìpọ̀sí Ísótóòpù àti Àwọn Ìwúwo Átọ̀mù fi ń ròyìn ààlà dípò nọ́ńbà kan ṣoṣo. A ṣe àtòkọ klóríìnì bí [35.446, 35.457] àti mágnẹ́síọ́mù bí [24.304, 24.307]. Fún ìṣirò déédé, lo àwọn iye àṣà kan ṣoṣo, 35.45 àti 24.305, àyàfi tí ẹ̀kọ́ rẹ bá sọ bẹ́ẹ̀ kọ́.