Ogni elemento nella tavola periodica ha un numero univoco di protoni caricati positivamente nel suo nucleo, ma il numero di neutroni, che non hanno carica, può variare. Gli atomi di un elemento con diversi numeri di neutroni sono isotopi di quell'elemento. Tutti tranne 20 elementi hanno più di un isotopo presente in natura, e alcuni elementi ne hanno molti. Tin (Sn), con 10 isotopi naturali, è il vincitore in questa categoria. I neutroni hanno la stessa massa dei protoni, quindi diversi isotopi hanno differenti masse atomiche, e il peso atomico di un elemento elencato nella tavola periodica è una media di ogni isotopo moltiplicata per la sua abbondanza.

Peso atomico = Σ ( massa atomica x abbondanza relativa)

È possibile calcolare matematicamente abbondanze frazionarie per elementi con due isotopi basati sulle masse atomiche degli isotopi, ma sono necessarie tecniche di laboratorio per elementi con più di due.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

Se un elemento ha due isotopi, puoi trovare le loro abbondanze frazionali usando la matematica. Altrimenti, hai bisogno di uno spettrometro di massa.

Calcolo delle abbondanze relative di due isotopi

Considera un elemento con due isotopi di masse m _{1 e m 2. Le loro abbondanze frazionarie devono aggiungere 1 uguale, quindi se l'abbondanza del primo è x, l'abbondanza del secondo è 1 - x. Questo significa}

Peso atomico = m _{1x + m 2 (1 - x).}

Semplificazione e risoluzione per x:

x = (Atomic peso - m _{2) ÷ (m 1 - m 2)}

La quantità x è l'abbondanza frazionaria dell'isotopo con massa m _{1.
< h2> Calcolo del campione}

Il cloro ha due isotopi presenti in natura: ^{35Cl, con una massa di 34,9689 amu (unità di massa atomica) e 37Cl, con una massa di 36,9659 amu. Se il peso atomico del cloro è 35,46 amu, quali sono le abbondanze frazionarie di ogni isotopo?}

Sia x l'abbondanza frazionaria di ^{35Cl. Secondo l'equazione sopra, se lasciamo che la massa di 35Cl sia m _{1 e quella di 37Cl be m 2, otteniamo:}}

x = (35,46 - 36.9659) ÷ (34.9689 - 36.9659) = 0.5911 /1.997 = -1.5059 /-1.997 = 0.756

L'abbondanza frazionale di ^{35Cl è 0.756 e quella di 37Cl è di 0.244.
< h2> Più di due isotopi}

Gli scienziati determinano l'abbondanza relativa di elementi con più di due isotopi in laboratorio usando una tecnica chiamata spettrometria di massa. Vaporizzano un campione contenente l'elemento e lo bombardano con elettroni ad alta energia. Questo carica le particelle, che sono dirette attraverso un campo magnetico che le deflette. Gli isotopi più pesanti vengono deviati più di quelli più leggeri. Lo spettrometro misura il rapporto massa-carica di ogni isotopo rilevato e misura i numeri di ciascuno e li visualizza come una serie di linee, chiamate spettro. Lo spettro è come un grafico a barre che traccia il rapporto massa-carica rispetto all'abbondanza relativa.