这个计算器能做什么
当你已知某种元素的平均原子质量,以及它两种天然同位素各自的精确质量时,本工具可以帮你算出这两种同位素的百分比丰度。元素周期表上标注的平均原子质量,其实是各同位素质量按其含量(丰度)加权后的平均值。通过对这个加权平均公式进行变形,就能反推出两种同位素的相对丰度。
使用方法
只需输入三个数值:平均原子质量(\(M_{avg}\))、同位素 1 的质量(\(m_1\))和同位素 2 的质量(\(m_2\)),单位统一为原子质量单位(amu)。计算器会立即给出每种同位素的百分比丰度,两者之和始终为 100%。
公式解析
对于两种同位素,平均质量可表示为 $$M_{avg} = x \cdot m_1 + (1 - x) \cdot m_2$$ 其中 \(x\) 是同位素 1 所占的分数。解出 \(x\) 得到 $$x = \frac{M_{avg} - m_2}{m_1 - m_2}$$ 这样,同位素 1 的百分比丰度为 \(100x\),同位素 2 的百分比丰度为 \(100(1 - x)\)。
计算示例:氯
氯有两种稳定同位素:Cl-35(质量 34.969 amu)和 Cl-37(质量 36.966 amu),平均原子质量为 35.453 amu。代入公式可得 $$x = \frac{35.453 - 36.966}{34.969 - 36.966} = \frac{-1.513}{-1.997} \approx 0.7576$$ 因此 Cl-35 的丰度约为 75.76%,Cl-37 的丰度约为 24.24%,与教科书上的数值一致。
常见问题
能用于两种以上的同位素吗?不能。本计算器假定元素恰好只有两种同位素。如果有三种或更多,问题就会出现多个未知数,需要补充额外信息才能求解。
为什么 \(m_1\) 和 \(m_2\) 的顺序会有影响?标注为“同位素 1”的结果对应你填入 \(m_1\) 的那个质量。把两个质量对调,只是让先报出的丰度对换一下而已,并不会改变计算的正确性。
应该使用什么单位?三个输入值都要统一使用原子质量单位(amu)。由于公式本质上是质量差之比,最终结果没有单位,以百分比形式呈现。