Santykinė atominė masė. Izotopai

Sužinojome, kad atomo protonų skaičius lemia, kokiam elementui priskiriamas šis atomas. Tačiau to paties elemento atomai gali turėti vienodą protonų skaičių, bet skirtingą neutronų skaičių.

Žodis „izotopas“ kildinamas iš graikų kalbos žodžių isos – „lygus“ ir topos – „vieta“. Izotopai yra to paties elemento atomo atmainos, besiskiriančios savo mase. Gamtoje beveik visi elementai yra izotopų mišiniai. Tik 20 gamtoje randamų elementų neturi izotopų.

Panagrinėkime gamtinio vandenilio pavyzdį. Žinomi trys vandenilio izotopai: protis, deuteris ir tritis (2.3.1 pav.).

Taigi protis, deuteris ir tritis yra to paties elemento vandenilio izotopai, kurie turi vienodą protonų skaičių, bet skirtingą neutronų skaičių. Akivaizdu, kad visų šių izotopų atomų elektronų skaičius lygus – visi jie turi po vieną elektroną.

Trečiasis vandenilio izotopas tritis yra nestabilus. Jis bėgant laikui suskyla. Nustatyta, kad laikas, per kurį pusė tričio masės suskyla, lygus 12,3 metų.

Tritis yra radioaktyvus izotopas. Tai reiškia, kad skylant tričiui išsiskiria radioaktyviųjų dalelių, todėl šis izotopas labai pavojingas. Tritis naudojamas galingiausiam branduoliniam ginklui – vandenilinėms bomboms gaminti.

Pažvelgę į periodinę elementų lentelę pastebėsite, kad joje elementų masė pateikiama trupmeniniu skaičiumi (2.3.3 pav.), o ne sveikuoju, kaip masės skaičiaus. Kodėl? Taip nurodoma elementų santykinė atòminė mãsė (arba tiesiog atòminė mãsė). Kaip minėjome, yra tik 20 gamtoje randamų elementų, kurie neturi izotopų. Visi kiti yra izotopų mišiniai, todėl apskaičiuojant kurio nors elemento santykinę masę būtina atsižvelgti į visus jo izotopus.

Apskaičiuokime chloro santykinę atominę masę.

Chloras – tai dujų mišinys, kurį sudaro du stabilūs izotopai. Vieno masė lygi 35. Jo mišinyje apytiksliai yra 75 %. Kito izotopo masė lygi 37, jo yra apie 25 %. Taigi chloro santykinė atominė masė apskaičiuojama taip:

Paprastai skaičiavimo rezultatas užrašomas nustatytu reikšminių skaitmenų skaičiumi. Pavyzdžiui, čia apskaičiuota chloro santykinė atominė masė 35,5 užrašyta trimis reikšminiais skaitmenimis, periodinėje lentelėje chloro masė neretai nurodoma penkiais reikšminiais skaitmenimis – 35,453.

Pastaba. Reikšminiai skaitmenys skaičiuojami iš kairės. Jei prieš juos yra nulis, jis neįskaitomas.

Kodėl atominė masė vadinama santykine atomine mase? Atomų masė per maža, kad ją būtų galima nustatyti sveriant, tačiau galima palyginti, kiek kartų vieni atomai sunkesni už kitus. Visų elementų atominę masę sutarta lyginti su atòminiu mãsės vienetu (a. m. v.). Kas yra šis vienetas?

Kitaip tariant, periodinėje cheminių elementų lentelėje pateikiama elementų santykinė atominė masė rodo elementų atomų masės santykį su atominiu masės vienetu.

Panagrinėkime vandenilio santykinę atominę masę. Kaip jau minėjome, yra du stabilūs vandenilio izotopai – protis ir deuteris, tačiau deuterio yra kur kas mažiau negu pročio – tik 0,0312 %. Norint nustatyti vandenilio masę, reikia įvertinti ir deuterio buvimą, nes vienas iš 6420 vandenilio atomų yra deuteris. Tričio atomų yra visai mažai, jų galima nepaisyti. Be to, skaičiuojant elemento atominę masę reikia atsižvelgti ir į elektrono masę, nors jis beveik 2000 kartų lengvesnis už protoną ir neutroną. Vandenilio santykinė atominė masė yra 1,00797, t. y. šiek tiek didesnė už 1, nes yra atsižvelgta į nedidelį deuterio kiekį tarp vandenilio izotopų.

Norėdami užrašyti, apie kurį vandenilio izotopą kalbame, naudojame specialųjį žymėjimą (2.3.4 pav.).

Kaip matome iš 2.3.4 paveikslo, elemento simbolio kairėje pusėje, viršuje, rašomas to elemento izotopo masės skaičius. Kairėje, apačioje – elemento eilės numeris, arba atominis skaičius. Elemento simbolis yra H – taip parodome, kad tai tas pats vandenilis, tik skirtingi jo izotopai.

Iš šių duomenų nesunku nustatyti, kiek šio elemento izotopas turi protonų, neutronų ir elektronų.

Pabandykime nustatyti geležies izotopo $$ {}_{26}{}^{56}\mathrm{Fe}$$ protonų, neutronų ir elektronų skaičių.

Skaičius 26 yra geležies atominis skaičius. Tai reiškia, kad šio elemento atomas turi 26 protonus ir atitinkamai 26 elektronus. Kadangi geležies atomo masės skaičius lygus 56, iš jo atėmę 26 protonus, gausime neutronų skaičių (kaip minėta, į elektronų masę neatsižvelgiama): 56 – 26 = 30 neutronų.