Условие задачи содержит ошибку: "
массовое число углерода" НЕ может быть дробным числом, потому что Массовое число - это кол-во нуклонов в атоме - всегда Целое число. В таблице Менделеева указана Атомная масса (см "Массовое и зарядовое число"
Ссылка1 )
Исправленное Условие : Атомная масса природного углерода A = 12,01115 .
Массовое число углерод-изотопа
13C : A
13 = 13 .
Вычислить [$948$] - долю атомов изотопа
13C .
Решение: Готовый Ответ можно зачитать на странице солидного источника
Ссылка2 , у изотопа Углерод-13 цитирую: "
Изотопная распространённость 1,07(8) %".
Однако, наша цель - решить задачу, и задача эта назрела для меня ещё в школе (55 лет назад), когда я впервые увидел Таблицу Менделеева. Я уже знал тогда, что все ядра атомов состоят из целого (НЕ дробного) количества нуклонов. Эти нуклоны (протоны и нейтроны) имеют примерно одинаковую массу, ничтожную по массе электронную оболочку, и, следовательно атомы должны иметь Массовое число с цело-численным значением. А в Таблице Менделеева указаны Атомные массы с дробными значениями - почему НЕ с целыми?
Позже мне стало ясно "
Атомная масса химического элемента является средневзвешенной атомной массой всех существующих в природе стабильных и нестабильных изотопов данного химического элемента с учётом их природной (процентной) распространённости в земной коре и атмосфере. Именно эта атомная масса представлена в периодической таблице Д. И. Менделеева" (цитата из
Ссылка3 )
Таким образом, для ответа на Вопрос задачи надо представить горстку углерода, в которой содержится N атомов (огромное количество, сопоставимое с Числом Авогадро).
Масса этой горстки будет A·N . Эта масса есть средне-арифметическое взвешенное значение от долевых масс всех изотопов природного углерода
12C,
13C и
14C (Нестабильные изотопы с массой 8, 9, 10, 11, 15, 16, … 22 - игнорируем как НЕприродные и живущие менее суток).
Изотоп
14C тоже НЕ учитываем в расчёте, поскольку согласно Условию он "
представлен в очень малых количествах" и поэтому практически НЕ влияет на результат решения.
С учётом выше-упрощений мы можем составить уравнение :
A·N = A
13·N
13 + A
12·N_пр[$8195$] [$8195$] (1)
Здесь N
13 = N·[$948$] - колич-во атомов
13C в горстке,
A
13 = 13 и A
12 = 12 - атомные массы изотопов
13C и
12C соответственно,
N
пр = N - N
13 = N - N
13 = N - N·[$948$]- колич-во прочих атомов углерода в горстке (подавляющее большинство их -
12C ).
Подставим массовые и долевые выражения в уравнение (1) и получим
A·N = 13·N·[$948$] + 12·(N - N·[$948$])
Сокращаем обе части уравнения на N :
A = 13·[$948$] + 12·(1 - [$948$])[$8195$] [$8658$] [$8195$] A = 13·[$948$] + 12 - 12·[$948$]
Группируем: [$948$] = A - 12 = 12,01115 - 12 = 0,01115 = 1,115 %
Ответ : Доля атомов изотопа
13C в природном углероде равна примерно 1,1 % .
См также "Массовое число"
Ссылка3.