010

A HibUl. IM1U.1 .Vv»i    r ), buui :uO

ISBN D4H1II ł-7. © l>. »N TOS >«}

10    1 PODSTAWOWE POJĘCIA CHEMII MASA ATOMOWA I CZĄSTECZKOWA

wania w próżni powstaje para o ciśnieniu rzędu 10 ’-!(> ^h Pa. co już pozwala na przeprowadzenie badań metodą spektromeirii mas Metoda ta osiągnęła dzisiaj niezwykle wysoką dokładność. Można nią wykryć obok siebie cząsteczki, których masy różnią się

mniej niż o l/l00000 część.

Wyobraźmy sobie, że mamy do czynienia z próbką neonu: gazu złożonego z pojedynczych atomów, który był pierwszą substancją badaną metodą spektrometrii mas (przez Thomsona). Posługując się współczesnymi spektrometrami mas. można stwierdzić, żc pojedynczo zjonizowane atomy neonu wyznaczają nie jedną, lecz trzy blisko siebie położone linie. '/. położenia tych linii można wnioskować, żc masy odpowiadających im jonów (a tym samym i atomów, gdyż jak wiadomo masa elektronu utraconego przez obojętny atom jest bardzo mała i może być zaniedbana w porównaniu z masą całego atomu) mają się do siebie jak 19.99244018 : 20.9938467 : 21.9913855. Na podstawie zaczernienia linii na kliszy, otrzymanej za pomocą spektrografu mas. lub tez na podstawie zmierzonego w spektrometrze natężenia prądu elektrycznego, niesionego przez poszczególne rodzaje jonów, można wnioskować, ze neon zawiera najwięcej (90.48%) najlżejszego izotopu. Zawartość izotopu o masie średniej w ynosi 0.27%. natomiast o masie największej 9.25%.

Jeżeli do przyrządu zamiast jednoatomowego neonu wprowadzi się tlen — gaz złożony z cząsteczek dwualomowych. uzyskuje się 6 linii, wśród których znajduje się jedna para linii położonych tak blisko siebie, że udaje się je rozróżnić tylko w przyrządach o najwyższej zdolności rozdzielczej. Na podstawie dokładnego pomiaru położenia tych linii można dojść do wniosku, że tlen zawiera trzy izotopy. Masy ich atomów (nuklidów) mają się do siebie jak 15.99491462 : 16.9991315 : 17.999160. Zawartości tych izotopów wynoszą odpowiednio: 99.762%. 0.038%. i 0.200% .

Aby zrozumieć, dlaczego spektrogram mas zawiera aż 6 różnych linii, oznaczmy atomy poszczególnych izotopów symbolami O¹. O". O"¹. Łącząc po dwa atomy, możemy uzyskać 6 różnych kombinacji, sześć dwuatomowych cząsteczek tlenu różniących się masą. Odpowiadają im symbole 0'0'. O^lO^l1. CTO¹", OⁿOⁿ, O"O¹¹¹ i O^mO^m. Każda z tych cząsteczek po pojedynczym zjomzowamu daje osobną linię. Z położenia linii, wskazującego, żc masy poszczególnych cząsteczek niają się do siebie jak 31.98982924 _: 32.99404612 : 33.9940462 : 33.9982630 : 34.9982915 : 35.998320. udaje się łatwo obliczyć stosunek mas poszczególnych izotopów. W podobny sposób można badać także i cząsteczki związków chemicznych, np. cząsteczki CO; Szczegółowa analiza wyników uzyskanych dla dwutlenku węgla prowadzi do wniosku, żc węgiel naturalny zawiera co najmniej dwa iz.otopy, Masy ich nuklidów mają Się do siebie juk

12.000000    : 13.0035484. Ich zawartości wynoszą odpowiednio 98.89% oraz 1.11%. Stosunek masy lżejszego izotopu węgla do masy najlżejszego izotopu tlenu wynosi

12.000000    : 15.99491462. Wyniki uzyskane metodą spektrometrii mas pozwalają zatem na porównanie nie tylko mas nuklidów różnych izotopów tego samego pierwiastka, lecz równic/, mas nuklidów należących do różnych pierwiastków.

Bezwzględne masy atomów, wyrażone w gramach są biudzo małe (rzędu 10 ^:t g). Do wyrażania tych mas przyjęto więc jednostkę znacznie mniejszą od grama, którą nazwano atomową jednostką masy, u. Jest to 1/12 część masy nuklidu izotopu węgla ^,:C.