同位体存在量の問題を解決するには、指定された元素の平均原子質量と代数式が使用されます。この種の問題を解決する方法は次のとおりです。
Relative Abundance Chemistry
化学における相対存在量の定義は、自然界に存在する特定の同位体の割合です。周期表に記載されている元素の原子質量は、その元素のすべての既知の同位体の平均質量です。
原子核内で中性子の数が変化しても、元素のアイデンティティは同じままであることを思い出してください。核内の中性子数の変化は、同位体を示します :7 個の中性子を持つ窒素 14 と 8 個の中性子を持つ窒素 15 は、元素窒素の 2 つの異なる同位体です。
同位体存在量の問題を解決するには、特定の問題で特定の同位体の相対存在量または質量が求められます。
ステップ 1:平均原子質量を求める
周期表の同位体存在量の問題から、元素の原子質量を特定します。例として窒素を使用します:14.007 amu.
ステップ 2:相対存在量問題の設定
相対存在量の化学問題には次の式を使用してください:
(M1)(x) + (M2)(1-x) =M(E)
- M1 は 1 つの同位体の質量です
- x は相対存在量
- M2 は 2 番目の同位体の質量です
- M(E) は、周期表の元素の原子質量です
問題例: 窒素の 1 つの同位体である窒素 14 の質量が 14.003 amu で、別の同位体である窒素 15 の質量が 15.000 amu である場合、同位体の相対存在量を見つけます。
問題は、相対存在量 x について解くことです。 1 つの同位体を (M1) として、もう 1 つを (M2) として割り当てます。
- M1 =14.003 amu (窒素-14)
- x =未知の相対存在量
- M2 =15.000 amu (窒素-15)
- M(E) =14.007 amu
情報を方程式に入れると、次のようになります。
14.003x + 15.000(1-x) =14.007
方程式をこのように設定できる理由: これら 2 つの同位体の合計は、自然界に存在する全窒素の 100% に等しいことを思い出してください。方程式は、パーセントまたは小数として設定できます。
パーセントで表すと、式は次のようになります:(x) + (100-x) =100。ここで、100 は本来の合計パーセントを示します。
方程式を小数として設定すると、存在量が 1 に等しくなることを意味します。方程式は x + (1 – x) =1 になります。この方程式は 2 つの同位体に限定されることに注意してください。
ステップ 3:x を解いて未知の同位体の相対存在量を取得
代数を使用して x を解きます。 窒素の例は、以下の手順で行われます:
<オール>x =0.996
ステップ 4:豊富な割合を見つける
x =0.996 なので、100 を掛けてパーセントを取得します。窒素 14 は 99.6% です。
(1-x) =(1 - 0.996) =0.004 なので、100 を掛けると、窒素 15 は 0.4% になります。
窒素 14 同位体の存在率は 99.6% で、窒素 15 同位体の存在率は 0.4% です。
質量分析における相対存在量の計算
元素の質量スペクトルが与えられた場合、通常、同位体存在量の相対パーセンテージは縦棒グラフとして表示されます。合計は 100% を超えているように見えるかもしれませんが、これは質量スペクトルが同位体存在量の相対パーセンテージで機能するためです。
例でこれを明確にします。窒素同位体パターンは、窒素 14 の相対存在量が 100、窒素 15 の相対存在量が 0.37 であることを示します。これを解決するには、次のような比率を設定します:
(スペクトル上の同位体の相対存在量) / (スペクトル上のすべての相対同位体存在量の合計)
窒素-14 =(100) / (100 + 0.37) =0.996 または 99.6%
窒素-15 =(0.37) / (100 + 0.37) =0.004 または 0.4%
