4.5 – Isotoper og atommasse

Vi har nu set, at alle atomer for et givent grundstof, alle har det samme antal protoner og elektroner. Alle atomer af det samme grundstof, er imidlertid ikke helt identiske, fordi atomerne for de fleste grundstoffer, indeholder forskelligt antal neutroner. Når en prøve af et grundstof, består af to eller flere atomer med forskelligt antal neutroner, kaldes disse atomer for isotoper.

Atomer og isotoper

Isotoper er atomer af det samme grundstof, og dermed det samme atomnummer, men har forskelligt antal neutroner i kernen. For eksempel har alle magnesiumatomer, atomnummer 12. Derfor har alle magnesiumatomer altid 12 protoner. Nogle naturligt forekommende magnesiumatomer, har imidlertid 12 neutroner, andre har 13 neutroner, og andre igen har 14 neutroner. Det forskellige antal neutroner, giver magnesium forskellige massetal, men ændrer ikke ved deres kemiske opførsel. De tre isotoper af magnesium, har det samme atomnummer, men forskellige massetal.

For at skelne mellem de forskellige isotoper af et grundstof, skriver vi et atomsymbol for en bestemt isotop, med dens massetal i øverste venstre hjørne og dens atomnummer i nederste venstre hjørne:

En isotop kan benævnes med dens navn eller symbol, efterfulgt af massetallet, for eksempel som megnesium-24, eller Mg-24. Magnesium har tre naturligt forekommende isotoper, som vist i tabel 4.7.

Opgaveeksempel 4.8

Find antal protoner og neutroner i isotoper

Grundstoffet neon har tre naturligt forekommende isotoper: Ne-20, Ne-21, og Ne-22. Angiv antallet af protoner og neutroner i disse stabile isotoper af neon.

a. $_{10}^{20}\textrm{Ne}$ b. $_{10}^{21}\textrm{Ne}$ c. $_{10}^{22}\textrm{Ne}$

Løsning

I atomsymbolet, er massetallet angivet i øverste venstre hjørne af symbolet, og atomnummeret i nederste venstre hjørne af symbolet. Derfor har hver isotop af Ne atomnummer 10, og har dermed 10 protoner. Antallet af neutroner findes ved at trække antallet af protoner (10) fra massetallet for hver isotop.

Isotop	Atomnummer	Massetal	Antal protoner	Antal neutroner
a. $_{10}^{20}\textrm{Ne}$	10	20	10	20 – 10 = 10
b. $_{10}^{21}\textrm{Ne}$	10	21	10	21 – 10 = 11
c. $_{10}^{22}\textrm{Ne}$	10	22	10	22 – 10 = 12

Atommasse

I laboratoriearbejde, anvender kemikeren ofte prøver med mange atomer, som indeholder alle de forskellige isotoper af et grundstof. Fordi hver type isotop har forskellig masse, har kemikere beregnet en atommasse for et ”gennemsnits atom”, hvilket er et vægtet gennemsnit af masserne af alle de naturligt forekommende isotoper for det bestemte grundstof. I det periodiske system, er atommassen det tal, inklusiv decimaler, som er angivet under hvert grundstofs symbol. De fleste grundstoffer, består af to eller flere isotoper, hvilket er en af årsagerne til, at atommasserne i det periodiske system, sjældent er et helt tal.

Vægtet gennemsnit analogien

Det vægtede gennemsnit af 2,3 kg og 6,4 kg bowling-kuglerne, kan beregnes ud fra deres procentvise mængde af den samlede mængde.

For at forstå, hvordan et vægtet gennemsnit for atommassen for en gruppe af isotoper beregnes, vil vi bruge en analogi med bowlingkugler. Lad os antage, at en bowlinghal har bestilt 5 bowlingkugler til børn der vejer 2,3 kg hver, og 20 bowlingkugler til voksne som vejer 6,4 kg hver. I denne samling af bowlingkugler, er der flere bowlingkugler til voksne end der er bowlingkugler til børn. Mængden af voksen bowlingkugler er 80% (20 ud af 25), og mængden af bowlingkugler til børn er 20% (5 ud af 25). Nu kan vi beregne det vejede gennemsnit for den ”gennemsnitlige” bowlingkugle, ved at anvende vægt og procentvis mængde af de to typer bowlingkugler.

Beregning af atommasse ved brug af isotoper

Chlor, med to naturligt forekommende isotoper, har en atommasse på 35,45.

For at beregne atommassen for et grundstof, har vi brug for at vide massen på hver isotop, og den procentvise mængde af hver isotop, der afgøres eksperimentelt. For eksempel, en stor prøve af naturligt forekommende chlor, består af 75,76% atomer og 24,24% atomer. Atommassen kan nu beregnes, som et vægtet gennemsnit, ud fra den procentvise mængde af hver isotop, og dets masse: isotopen har en masse på 34,97 amu, og isotopen har en masse på 36,97 amu.

Atommassen på 35,45, er den vægtede gennemsnitsmasse af en prøve på chloratomer, selvom intet individuelt chloratom faktisk har den masse. En atommasse på 35,45, hvilket er tættere på massetallet for Cl-35, indikerer også, at der er en større procentdel atomer prøven med chloratomer. Faktisk er der tre atomer for hvert atom i en prøve med chloratomer.

Konceptforståelse 4.5

Gennemsnitlig atommasse

Neon består af tre naturligt forekommende isotoper: $_{10}^{20}\textrm{Ne}$ , $_{10}^{21}\textrm{Ne}$ , og $_{10}^{22}\textrm{Ne}$ . Ved at bruge atommassen i det periodiske system, hvilken af neons isotoper er den mest udbredte?

Svar

Ved at bruge det periodiske system, kan vi se at atommassen for alle de naturligt forekommende isotoper er 20,18 amu. Fordi dets massetal er meget tæt på atommassen for $_{10}^{20}\textrm{Ne}$ , må $_{10}^{20}\textrm{Ne}$ være den mest udbredte isotop i en prøve af neon.

Opgaveeksempel 4.9

Beregning af atommasse

Ved at bruge tabel 4.7, beregn atommassen for magnesium.

Løsning

For at bestemme atommassen, beregn andelen til massen for hver isotop, for at få den samlede atommasse, ved at gange massen af hver isotop med den isotops procentvise mængde divideret med 100, og læg disse resultater sammen:

← Forsiden

5. Elektronstruktur og periodetendenser →