同位体存在量と平均原子質量

コア コンセプト

周期表を見ると、元素ごとに原子質量の値が表示されています。よく見ると、これらの値が整数になることはほとんどないことが明らかです。これは同位体の存在量によるものです .このチュートリアルでは、同位体存在量とは何か、それを使用して元素の原子量を計算する方法を学びます。

他の記事で取り上げるトピック

• 周期表の読み方
• 陽子、中性子、電子の定量化
• 核反応

語彙

• 同位体: 元素が同じ数の陽子を含むが、中性子の数が異なる別の形をしている場合。
• プロトン: 原子核にある、正に帯電した亜原子粒子。
• 中性子: 原子核にある、中性に帯電した亜原子粒子。

同位体とは?

同位体は同じ元素の非常によく似たバージョンですが、中性子の数だけが異なります。同じ元素のこれら 2 つのバージョンは中性子の数が異なりますが、陽子と電子の数が異なるわけではないことに注意することが重要です。場合によっては、同位体の反応性が異なることがありますが、ほとんどの場合、決定的な違いは中性子の数です。

元素が知られているものとは異なる反応性を持つ同位体の一般的な例は炭素です。炭素は非常に安定した元素であることが知られており、しばしば予測可能な反応に関与しています。炭素の同位体の 1 つである炭素 14 は、安定した元素の通常の反応性を無視します。炭素 14 は、放射性崩壊する天然の炭素同位体です。炭素の詳細については、こちらをご覧ください。

同位体存在量は原子量にどのように影響しますか?

原子質量は、元素内の陽子と中性子の組成に依存し、それぞれの重さは 1 原子質量単位 (amu) です。電子も元素の重要な部分ですが、原子質量を計算する際に無視できるほど小さい質量を持っています。陽子と中性子の両方が原子の質量を構成するため、中性子の数が異なる元素は質量に影響を与えます。

同義語のように聞こえますが、原子質量と原子量は異なります。同位体は両方の値に影響を与えます。原子質量は、元素の個々の原子の質量として定義されます。これは、amu での陽子と中性子の重量の計算のみです。一方、原子量は、存在する元素のすべての同位体の加重平均です。ここで、同位体の存在量の出番です。元素の自然発生同位体は多数存在する可能性がありますが、それらは同じ量では存在しません。他よりもはるかに一般的に発生する多くの同位体があり、したがって原子量に大きな影響を与えます。元素の同位体の原子質量とその相対存在量が与えられた場合、簡単な手順に従って原子量を計算できます。

同位体存在量を使用して原子量を計算する

前述のように、元素の原子量を計算するために必要なのは、同位体の数とその存在量の割合だけです。例としてマグネシウムを使用することから始めることができます.マグネシウムには、Mg、Mg、および Mg の 3 つの天然同位体があります。各同位体の存在量は、それぞれ 78.70%、10.13%、11.17% です。各同位体の原子質量は、通常、各同位体の値に非常に近いです。この例では、各同位体の質量はそれぞれ 23.985 amu、24.985 amu、25.982 amu です。

質量と存在量に関するすべての情報が得られたので、マグネシウムの原子量を計算できます.すべての値を視覚化するのが難しい場合は、それらを表にまとめて情報をより明確にすることができます。

各同位体の質量にその存在量を掛けることから始めます。これには 2 つの方法があります。まず、質量にパーセントを直接掛けることができます:

23.985 amu (78.70)=1887.6 amu

一方、パーセントを 1 から 10 進数に変更してから、質量を掛けることができます。これは、パーセントを 100 で割ることによって行うことができます。

23.985 amu (0.7870)=18.876 amu

これらの方法の両方で、次のステップは、他の同位体について繰り返し、値を合計することです。

方法 1:

23.985 amu (78.70) + 24.985 amu (10.13) + 25.982 amu (11.17) =

1887.6 amu + 253.09 amu + 290.21 amu =2430.90 amu

方法 2:

23.985 amu (0.7870) + 24.985 amu (0.1013) + 25.982 amu (0.1117) =24.3090 amu

方法 1 に従う場合、最後のステップは積を 100 で割り、パーセンテージが整数であることを補うことです。

2430.90 amu/100=24.3090 amu

両方の方法で同じ値が得られたので、最後のステップは、答えの有効数字が正しいことを確認することです。この場合、最終的な値は 24.31 amu です .

その他の例

同位体存在量から原子質量を計算する方法の一般的な例を見たので、同位体存在量に関連する他の問題を理解することができます.

原子質量と原子量からの存在量の計算

リチウムには、質量がそれぞれ 6 amu と 7 amu の 2 つの同位体 Li と Li があります。リチウムの原子量が 6.94 amu の場合、各同位体の存在量を決定できます。まず、1 つ定義します。 xとしての存在量。この場合、Li の存在量は x になります。これは、Li の存在量 =1-x であることを意味します。上記で学んだことを使用して、方程式を設定できます。

6 amu (x) + 7 amu (1-x)=6.94 amu

変数は 1 つしかないため、x については簡単に解くことができます。

6x + 7 – 7x=6.94

6x-7x=-0.06

-x =-0.06

x=0.06

Li の存在量が分かったので、1-x を使用して Li を見つけることができます。

1-0.06=0.94

そのため、Li と Li の存在量はそれぞれ 6 % と 94 % であると判断しました。

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