Mục lục bài họcĐang ở d01-b4
Mass Spectrometry and Isotopes
What a mass spectrum shows
A mass spectrometer ionises the atoms of a sample and sorts the ions by mass-to-charge ratio. The output is a bar chart: each bar is one isotope, its position gives the mass number, its height gives the relative abundance.
- Isotopes of an element have the same number of protons but different numbers of neutrons.
- Isotopes have essentially identical chemical properties, because chemistry is decided by the electrons, and the electron configuration does not change with neutron count.
From the spectrum to the average atomic mass
The mass on the periodic table is a weighted average over the natural isotopes:
$$M=\sum f_i m_i$$where $f_i$ is the fractional abundance and $m_i$ the isotopic mass. Because it is weighted, the average always sits closer to the more abundant isotope.
Reading it backwards is also fair game: given the average mass and two isotopic masses, solve for the abundances with $f_1+f_2=1$.
Khối phổ đọc như thế nào: máy ion hoá mẫu rồi tách các ion theo tỉ số khối lượng trên điện tích. Kết quả là một biểu đồ cột — mỗi cột là một đồng vị, vị trí cột cho số khối, chiều cao cột cho độ phổ biến.
- Các đồng vị có cùng số proton, khác nhau ở số nơtron.
- Chúng có tính chất hoá học gần như y hệt, vì hoá học do electron quyết định mà cấu hình electron không đổi khi thêm nơtron.
Khối lượng nguyên tử trung bình là trung bình có trọng số theo độ phổ biến:
$$M=\sum f_i m_i$$Vì là trung bình có trọng số nên giá trị luôn nghiêng về đồng vị phổ biến hơn. Đây là cách kiểm tra nhanh kết quả: clo có $M=35{,}45$, ngay lập tức biết $^{35}$Cl chiếm phần lớn.
Đọc ngược cũng bị hỏi: cho khối lượng trung bình và hai số khối, tìm độ phổ biến bằng cách đặt $f_1+f_2=1$ rồi giải một phương trình bậc nhất.
Bo có hai đồng vị bền: $^{10}\text{B}$ (khối lượng $10{,}013$ u) và $^{11}\text{B}$ ($11{,}009$ u). Khối lượng nguyên tử trung bình của bo là $10{,}81$ u. Tính phần trăm mỗi đồng vị.
Đặt ẩn: gọi $x$ là phần mol của $^{10}\text{B}$, khi đó phần mol của $^{11}\text{B}$ là $1-x$.
Lập phương trình trung bình có trọng số:
$$10{,}013x+11{,}009(1-x)=10{,}81$$Giải: $10{,}013x+11{,}009-11{,}009x=10{,}81$, tức $-0{,}996x=-0{,}199$.
$x=\dfrac{0{,}199}{0{,}996}=0{,}200$.
Kết quả: $^{10}\text{B}$ chiếm $20{,}0\%$ và $^{11}\text{B}$ chiếm $80{,}0\%$.
Kiểm nhanh: $10{,}81$ nằm gần $11$ hơn gần $10$, nên đồng vị nặng phải chiếm phần lớn — kết quả $80\%$ đúng hướng.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 1 — Atomic Structure and Properties gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.