Question

Изотопомерами называют соединения, различающиеся изотопным составом входящих в них атомов. Например, фторид протия 1H19F и фторид дейтерия 2H19F являются изотопомерами фтористого водорода.
а)  В природной смеси хлор и бром представлены каждый двумя стабильными изотопами: 35С1 и 37С1, 81Вг и 79Вг. Определите мольную долю каждого изотопа хлора и брома в их природной смеси.
б)  Какие изотопомеры молекул Cl2, Br2, BrCl могут существовать? Приведите их формулы.
в)  Рассчитайте массовую долю каждого изотопомера BrCl в смеси, соответствующей по изотопному составу природной.
г)  Как экспериментально можно проверить результаты проведённых вами в пункте в) вычислений? Дайте краткие пояснения.

Answer 1

дано:
- Изотопы хлора: 35Cl (молярная масса 34,968 г/моль) и 37Cl (молярная масса 36,966 г/моль).
- Изотопы брома: 79Br (молярная масса 78,918 г/моль) и 81Br (молярная масса 80,916 г/моль).
- Природные abundances для хлора: 35Cl составляет примерно 75,76%, 37Cl - 24,24%.
- Природные abundances для брома: 79Br составляет примерно 50,69%, 81Br - 49,31%.

найти:
а) Мольную долю каждого изотопа хлора и брома в их природной смеси.
б) Изотопомеры молекул Cl2, Br2, BrCl.
в) Массовую долю каждого изотопомера BrCl в смеси, соответствующей по изотопному составу природной.
г) Экспериментальные методы проверки результатов.

решение:

а)
1. Мольная доля 35Cl:
x(35Cl) = 75,76 / 100 = 0,7576.

2. Мольная доля 37Cl:
x(37Cl) = 24,24 / 100 = 0,2424.

3. Мольная доля 79Br:
y(79Br) = 50,69 / 100 = 0,5069.

4. Мольная доля 81Br:
y(81Br) = 49,31 / 100 = 0,4931.

б)
Изотопомеры молекул:
1. Cl2:
   - 35Cl35Cl
   - 35Cl37Cl
   - 37Cl37Cl

2. Br2:
   - 79Br79Br
   - 79Br81Br
   - 81Br81Br

3. BrCl:
   - 35Cl79Br
   - 35Cl81Br
   - 37Cl79Br
   - 37Cl81Br

в)
1. Рассчитаем массовую долю каждого изотопомера BrCl.

   Для BrCl:
   - 35Cl79Br:
   масса = 34,968 + 78,918 = 113,886 г/моль.
   массовая доля = x(35Cl) * y(79Br) = 0,7576 * 0,5069 ≈ 0,3845.

   - 35Cl81Br:
   масса = 34,968 + 80,916 = 115,884 г/моль.
   массовая доля = x(35Cl) * y(81Br) = 0,7576 * 0,4931 ≈ 0,3737.

   - 37Cl79Br:
   масса = 36,966 + 78,918 = 115,884 г/моль.
   массовая доля = x(37Cl) * y(79Br) = 0,2424 * 0,5069 ≈ 0,1221.

   - 37Cl81Br:
   масса = 36,966 + 80,916 = 117,882 г/моль.
   массовая доля = x(37Cl) * y(81Br) = 0,2424 * 0,4931 ≈ 0,1197.

2. Общая массовая доля всех изотопомеров:
0,3845 + 0,3737 + 0,1221 + 0,1197 ≈ 1.

г)
Экспериментальная проверка:
Для проверки расчетов можно использовать масс-спектрометрию. Этот метод позволяет определить массу и относительное количество различных изотопомеров в образце. В результате анализа должны быть получены значения массовых долей изотопомеров BrCl, которые совпадут с рассчитанными значениями.

ответ:
а) Мольная доля изотопов хлора: 35Cl - 0,7576, 37Cl - 0,2424; для брома: 79Br - 0,5069, 81Br - 0,4931.
б) Изотопомеры: Cl2 - 35Cl35Cl, 35Cl37Cl, 37Cl37Cl; Br2 - 79Br79Br, 79Br81Br, 81Br81Br; BrCl - 35Cl79Br, 35