Что такое изотопы и как рассчитывают среднюю атомную массу?

Что такое изотопы?

Все атомы одного элемента содержат одинаковое число протонов. А число нейтронов может быть разным. Атомы с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называют изотопами. Изотоп называют по элементу и массовому числу: углерод-12, углерод-13.

У изотопов одинаковое число электронов, поэтому их химические свойства почти одинаковы. А различаются они массой и стабильностью ядра.

Как рассчитать среднюю атомную массу?

Элемент в природе — это смесь нескольких изотопов. Поэтому в периодической системе указана средняя масса. Массу каждого изотопа умножают на его распространённость, складывают и делят на 100:

Средняя масса = (масса₁ × распространённость₁ + масса₂ × распространённость₂ + …) / 100

Пример. В природе бор-10 составляет 19.9%, бор-11 — 80.1%:

(10.013 × 19.9 + 11.009 × 80.1) / 100 = 10.811 а. е. м.

Бор-11 встречается чаще, поэтому ответ близок к 11. Средняя масса хлора 35.5 по той же причине: хлора-35 около 75%, хлора-37 около 25%.

Как пользоваться симулятором?

1. В разделе ВЫБОР ЭЛЕМЕНТА выбери один из 10 элементов от водорода до неона. Откроется самый распространённый изотоп.
2. Кнопками + и − на счётчике Нейтрон в нижнем ряду добавляй и убирай нейтроны. Число протонов и электронов не меняется.
3. Над ядром посмотри на название изотопа и надпись Стабильный или Нестабильный.
4. Переключай дисплей под ядром между Массовое число и Атомная масса (а. е. м.) и сравнивай. У кислорода-16 массовое число 16, а атомная масса 15.995.
5. Прокрути правую панель и прочитай значения Обозначение, Распространённость в природе, Средняя атомная масса элемента.

Задания для симулятора

• Выбери бор и сравни 5 и 6 нейтронов. Распространённость 19.90% и 80.10%, средняя масса 10.811. Сверь с задачей выше.
• Выбери неон и проверь 10, 11 и 12 нейтронов. Сумма распространённостей равна 100: 90.48 + 0.270 + 9.25. Рассчитай среднюю массу вручную и сверь с 20.180.
• Сколько стабильных изотопов у кислорода? Три: с 8, 9 и 10 нейтронами.
• Выбери бериллий и фтор. У них только по одному стабильному изотопу, поэтому средняя масса равна массе этого изотопа.

Частые ошибки

• Путать массовое число и атомную массу. Массовое число — это сумма протонов и нейтронов, поэтому оно целое. Атомная масса — измеренная величина, поэтому обычно она дробная.
• Считать среднюю массу как простое среднее. Простое среднее бора-10 и бора-11 даёт 10.5, а правильный ответ 10.811.

Источники

• BBC Bitesize: Isotopes
• BBC Bitesize: Calculating relative atomic mass
• PhET: Isotopes and Atomic Mass