איזוטופים.

שלב 1 מתוך 5

עוד נייטרון אחד

בשיעור הקודם ראינו שהמספר האטומי קובע את היסוד. אבל מספר הנייטרונים אינו קבוע: לאטומים של אותו יסוד יכול להיות מספר שונה של נייטרונים בגרעין. אטומים כאלה נקראים איזוטופים של היסוד.

בסצנה גרעין של פחמן: שישה פרוטונים ושישה נייטרונים. נבאו מה יתקבל אם נוסיף לגרעין נייטרון אחד, ואז הסתכלו.

שלב 2 מתוך 5

לקרוא לאיזוטופ בשמו

איזוטופ נקרא לפי היסוד ומספר המסה שלו: פחמן־12, פחמן־13, פחמן־14. בסמל כותבים את מספר המסה למעלה: $^{12}_{6}\mathrm{C}$⁠, $^{13}_{6}\mathrm{C}$⁠, $^{14}_{6}\mathrm{C}$⁠. השם מספר כמה חלקיקים יש בגרעין, ולא כמה נייטרונים: בפחמן־14 יש שמונה נייטרונים.

לכלור, $Z = 17$⁠, יש בטבע שני איזוטופים יציבים: כלור־35 וכלור־37. השתמשו בפרוטונים ובנייטרונים ובנו את הגרעין של כלור־37.

שלב 3 מתוך 5

אותה כימיה

לכל איזוטופי הפחמן יש שישה פרוטונים, ולכן באטום ניטרלי גם שישה אלקטרונים, באותו סידור. הכימיה של אטום, כלומר עם מה הוא נקשר ואיך, נקבעת על ידי האלקטרונים שלו. לכן פחמן־12 ופחמן־14 בונים אותן מולקולות, ובגוף שלכם יש מעט פחמן־14 בכל מולקולה שבה יש פחמן.

ההבדל הוא בגרעין. בסצנה פחמן־14, ומבט פנימה פתוח על גרעינים קלים, מפת הגרעינים: הגרעינים היציבים יושבים בקרקעית של עמק, ופחמן־14 עומד על הדופן. הוא רדיואקטיבי: בסופו של דבר נייטרון בו הופך לפרוטון, והאטום הופך לחנקן. את הדעיכה הזאת לומדים ביחידה על פיזיקה מודרנית; לכימיה מספיק לדעת שהאיזוטופים של יסוד מגיבים באותה דרך.

שלב 4 מתוך 5

התערובת שבטבע

כמעט כל יסוד מופיע בטבע כתערובת קבועה של האיזוטופים שלו. מכל מאה אטומי כלור, בממוצע $75.8$⁠ הם כלור־35 ו־$24.2$⁠ הם כלור־37, ולא משנה אם הכלור הגיע ממלח ים או מסלע.

לכן בטבלה המחזורית לא מופיע מספר המסה של אטום אחד, אלא המסה האטומית היחסית, $A_r$⁠: המסה הממוצעת של אטומי היסוד כפי שהם בטבע, ביחידות שבהן לפחמן־12 יש מסה של $12$⁠ בדיוק. זהו ממוצע משוקלל: כל איזוטופ נספר לפי השכיחות שלו,

$A_r = \frac{75.8 \times 35 + 24.2 \times 37}{100}$$A_r =$$\frac{75.8 \times 35 + 24.2 \times 37}{100}$⁠

חשבו את המסה האטומית היחסית של כלור.

שלב 5 מתוך 5

לקרוא את הממוצע

הממוצע המשוקלל מספר גם משהו הפוך: אם $A_r$⁠ של יסוד קרוב למספר שלם אחד, כנראה רוב האטומים שלו הם האיזוטופ ההוא. ל־$A_r$⁠ של פחמן, $12.011$⁠, יש סיבה לא להיות $12$⁠ בדיוק: אטום אחד מכל מאה הוא פחמן־13.