Cada elemento de la tabla periódica tiene un número único de protones con carga positiva en su núcleo, pero la cantidad de neutrones que no tienen carga puede variar. Los átomos de un elemento con diferentes números de neutrones son isótopos de ese elemento. Todos los elementos excepto 20 tienen más de un isótopo natural y algunos elementos tienen muchos. El estaño (Sn), con 10 isótopos naturales, es el ganador en esta categoría. Los neutrones tienen la misma masa que los protones, por lo que diferentes isótopos tienen diferentes masas atómicas, y el peso atómico de un elemento enumerado en la tabla periódica es un promedio de cada isótopo multiplicado por su abundancia.

Peso atómico = Σ ( masa atómica x abundancia relativa)

Es posible calcular matemáticamente las abundancias fraccionarias para elementos con dos isótopos basados ​​en las masas atómicas de los isótopos, pero se necesitan técnicas de laboratorio para elementos con más de dos.

TL; DR (demasiado largo; no lo leyó)

Si un elemento tiene dos isótopos, puede encontrar su abundancia fraccionaria usando matemática. De lo contrario, necesita un espectrómetro de masas.

Calculando la abundancia relativa de dos isótopos

Considere un elemento con dos isótopos de masas m _{1 y m 2. Sus abundancias fraccionales deben sumar a 1, por lo que si la abundancia del primero es x, la abundancia del segundo es 1 - x. Esto significa}

Peso atómico = m _{1x + m 2 (1 - x).}

Simplificación y solución para x:

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

La cantidad x es la abundancia fraccional del isótopo con masa m _{1.
< h2> Cálculo de muestra}

El cloro tiene dos isótopos naturales: ^{35Cl, con una masa de 34.9689 amu (unidades de masa atómica) y 37Cl, con una masa de 36.9659 amu. Si el peso atómico del cloro es 35.46 amu, ¿cuáles son las abundancias fraccionarias de cada isótopo?}

Sea x la abundancia fraccional de ^{35Cl. De acuerdo con la ecuación anterior, si dejamos que la masa de 35Cl sea m _{1 y la de 37Cl sea m 2, obtenemos:}}

x = (35.46 - 36.9659) ÷ (34.9689 - 36.9659) = 0.5911 /1.997 = -1.5059 /-1.997 = 0.756

La abundancia fraccional de ^{35Cl es 0.756 y la de 37Cl es 0.244. << h2> Más de dos isótopos}

Los científicos determinan las abundancias relativas de los elementos con más de dos isótopos en el laboratorio utilizando una técnica llamada espectrometría de masas. Vaporizan una muestra que contiene el elemento y lo bombardean con electrones de alta energía. Esto carga las partículas, que son dirigidas a través de un campo magnético que las desvía. Los isótopos más pesados ​​se desvían más que los más livianos. El espectrómetro mide la relación masa a carga de cada isótopo que detecta, así como la medición de los números de cada uno y los muestra como una serie de líneas, llamadas espectro. El espectro es como un gráfico de barras que traza la relación masa-carga contra la abundancia relativa.