同位体の存在率を計算する方法

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著者: Lewis Jackson
作成日: 14 5月 2021
更新日: 16 11月 2024
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【高校化学】同位体の存在比の解き方を14分で解説
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各元素は、原子核と同じ数の陽子を持つ原子で構成される物質です。たとえば、窒素元素の原子には常に7つのプロトンがあります。水素を除くすべての元素も原子核に中性子を持ち、元素の原子量は陽子と中性子の重量の合計です。 「同位体」とは、中性子数の異なる要素のバリアント形式を指します。各バリアントは、固有の中性子数を持ち、元素の同位体です。元素の周期表には、各元素の原子量がリストされています。これは、各元素の存在量に基づいた同位体重量の加重平均です。化学の本やWebで各同位体の存在割合を簡単に調べることができますが、たとえば学校での化学試験に関する質問に答えるために、存在の割合を手で計算する必要があります。この計算は、一度に2つの未知の同位体存在度に対してのみ実行できます。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

相対存在量の一般式は(M1)(x)+(M2)(1-x)= Meです。ここで、Meは周期表の元素の原子質量、M1は既知の同位体の質量です。存在量、xは既知の同位体の相対存在量、M2は未知の存在量の同位体の質量です。 xを解いて未知の同位体の相対存在量を取得します。

    2つの同位体のそれぞれについて、元素の原子量と陽子と中性子の原子数を特定します。これは、テスト問題であなたに与えられる情報です。たとえば、窒素(N)には2つの安定同位体があります。N14の重量は、小数点以下3桁に丸められ、14.003原子質量単位(amu)で、7個の中性子と7個の陽子、N15の重量は15.000 amu、8個の中性子と7個のプロトン。窒素の原子量は、14.007 amuです。

    xを2つの同位体のうちの1つの存在比に等しくします。もう一方の同位体は、100パーセントからxパーセントを引いた豊富さを持つ必要があり、10進数形式で(1-x)として表します。窒素の場合、xをN14の存在量に等しく設定し、(1-x)をN15の存在量として設定できます。

    要素の原子量の方程式を書きます。これは、各同位体の重量にその存在量を掛けたものに等しくなります。したがって、窒素の場合、方程式は14.007 = 14.003x + 15.000(1-x)です。

    単純な代数を使用してxを解きます。窒素については、方程式を14.003x +(15.000-15.000x)= 14.007に簡略化し、xを解きます。解はx = 0.996です。つまり、N14同位体の存在量は99.6パーセントであり、N15同位体の存在量は0.4パーセントであり、小数点以下1桁に丸められています。