Isotoper och relativ atommassa
Kol är kol — men inte alla kolatomer väger lika mycket. Atomer av samma grundämne med olika antal neutroner kallas isotoper. Det är därför atommassorna i periodiska systemet inte är heltal.
Kol-14 (¹⁴C) används för att datera forntida träkol och fossilerade djurben — radiokoldateringens hela poäng bygger på att kol-14 är radioaktivt och sönderfaller med känd hastighet.
Lärandemål
- Definiera atomnummer (Z) och masstal (A) samt beräkna neutronantalet.
- Förklara vad isotoper är och ge exempel (H, C, Cl).
- Beräkna relativ atommassa (RAM) som vägt medelvärde av isotopmassor.
- Förklara varför atommassorna i periodiska systemet sällan är heltal.
Är det fortfarande klor?
Klor (Cl) har atommassa 35,5 u i periodiska systemet. Men masstal är alltid ett heltal — hur kan genomsnittet bli 35,5? Tre elever diskuterar. Vem har rätt?
- Vad är skillnaden mellan atomnummer och masstal?
- Kol-12 (¹²C) har 6 protoner. Hur många neutroner har det?
- Varför är atommassorna i periodiska systemet sällan heltal?
Varje atom i kärnan innehåller protoner och neutroner. Protoner bär positiv laddning; neutroner är neutrala. Elektronerna — lätta och negativt laddade — befinner sig i skalen utanför kärnan.
= antal protoner
= unikt per grundämne
= avgör vilket ämne det är
= protoner + neutroner
= alltid ett heltal
= avgör hur tung atomen är
Exempel: natrium-23 (²³Na): Z = 11, A = 23 → neutroner = 23 − 11 = 12
Väte — tre isotoper
Väte är det enda grundämnet vars isotoper har egna namn:
| Isotop | Namn | Symbol | Protoner | Neutroner | Masstal |
|---|---|---|---|---|---|
| Väte-1 | Protium | ¹H | 1 | 0 | 1 |
| Väte-2 | Deuterium | ²H eller D | 1 | 1 | 2 |
| Väte-3 | Tritium | ³H eller T | 1 | 2 | 3 |
Alla tre är väte — protonantalet Z = 1 — men de väger olika eftersom de har olika antal neutroner. Tungvatten (D₂O) används bl.a. i kärnkraftsreaktorer.
Den relativa atommassan (RAM) som visas i periodiska systemet är ett vägt medelvärde av alla naturligt förekommande isotoper av grundämnet. Isotopers masstal viktas med deras relativa förekomst (abundans).
Abundans anges som decimaltal (t.ex. 75 % = 0,75).
Kända data
- Cl-35 (³⁵Cl): masstal 35, abundans 75,77 % = 0,7577
- Cl-37 (³⁷Cl): masstal 37, abundans 24,23 % = 0,2423
- Båda har Z = 17 (annars vore det inte klor).
Beräkning
RAM = (35 × 0,7577) + (37 × 0,2423)
RAM = 26,520 + 8,965
RAM = 35,485 ≈ 35,5 u
Slutsats
Atommassa 35,5 u för klor beror på att ca tre fjärdedelar av alla kloratomer väger 35 u och en fjärdedel väger 37 u. Genomsnittet landar mitt emellan — men närmre 35 eftersom ³⁵Cl är vanligast.
- Bor (B) har två isotoper: ¹⁰B (19,9 %) och ¹¹B (80,1 %). Beräkna RAM för bor. Visa uträkning.
| Grundämne | Isotop | Z | A | Neutroner | Tillämpning |
|---|---|---|---|---|---|
| Väte H | ¹H (protium) | 1 | 1 | 0 | Vanligast — 99,98 % |
| ²H (deuterium) | 1 | 2 | 1 | Tungvatten, NMR-lösningsmedel | |
| ³H (tritium) | 1 | 3 | 2 | Radioaktiv — kärnvapen, armbandslysning | |
| Kol C | ¹²C | 6 | 12 | 6 | Referens för u (atommassenhet) |
| ¹³C | 6 | 13 | 7 | NMR-spektroskopi i kemi | |
| ¹⁴C | 6 | 14 | 8 | Radiokoldatering — arkeologi | |
| Klor Cl | ³⁵Cl | 17 | 35 | 18 | Naturlig — 75,77 % |
| ³⁷Cl | 17 | 37 | 20 | Naturlig — 24,23 % |
- Järn-56 (⁵⁶Fe) har atomnummer 26. Hur många protoner, neutroner och elektroner har en neutral järnatom?
- Är ⁶³Cu och ⁶⁵Cu samma grundämne? Förklara.
- Uran-235 (²³⁵U, Z = 92) och uran-238 (²³⁸U) är isotoper. Vad skiljer dem åt?
- Varför är RAM för klor 35,5 u och inte 36 u (mitten mellan 35 och 37)?
- Koppar (Cu) har två isotoper: ⁶³Cu (69,15 %, masstal 63) och ⁶⁵Cu (30,85 %, masstal 65).
(a) Beräkna RAM för koppar. Visa uträkning. (b) Kontrollera ditt svar mot periodiska systemet. Stämmer det? - En isotop av kväve (N, Z = 7) har masstal 15. Hur många neutroner har den? Är den vanligare kväveisotopen ¹⁴N eller ¹⁵N? Motivera med att titta på RAM i periodiska systemet (≈ 14,01).
Neutroner = A − Z
Elektroner = Z (neutral atom)
RAM = Σ (masstali × abundansi)
- Z = protoner; A = protoner + neutroner; neutroner = A − Z.
- Isotoper = samma Z, olika A. De reagerar kemiskt identiskt.
- RAM i PS är ett vägt medelvärde — därför sällan ett heltal.
- Syre-18 (¹⁸O, Z = 8): hur många protoner, neutroner och elektroner?
- Magnesium har tre isotoper: ²⁴Mg (79 %), ²⁵Mg (10 %), ²⁶Mg (11 %). Beräkna RAM. Visa uträkning.
- Förklara med egna ord varför koldatering fungerar som dateringsmetod.