Volgens het gangbare atoommodel¹ bestaat een atoom uit een kern met een omringende wolk van elektronen.

Een chemisch element heeft een atoomkern die bestaat uit een vast aantal protonen en een variabel aantal neutronen. Het aantal protonen bepaalt het atoomnummer van het element en zijn chemische eigenschappen. Het aantal neutronen bepaalt onder meer de stabiliteit van de kern en — samen met het aantal protonen — de atoommassa. Elk element heeft een unieke naam die bestaat uit een hoofdletter gevolgd door één of meer kleine letters (bv. Tungsten, Lead, Mercury, Helium) en een uniek symbool dat bestaat uit een hoofdletter gevolgd door nul of meer kleine letters (bv. W, Pb, Hg, He).

Isotopen zijn atomen van hetzelfde chemisch element — dus met hetzelfde aantal protonen, maar met onderling verschillende aantallen neutronen in de atoomkern. Een isotoop wordt genoteerd als het massagetal (het aantal protonen en neutronen in de kern) in superscript links boven het symbool voor het chemisch element (bijvoorbeeld $${}^{3}\mathrm{He}$$, $${}^{4}\mathrm{He}$$, $${}^{12}\mathrm{C}$$, $${}^{14}\mathrm{C}$$, $${}^{235}\mathrm{U}$$, $${}^{239}\mathrm{U}$$).

Welke bekende chemicus zit verstopt in deze reeks isotopen? \[ {}^{281}\mathrm{Mt}\,{}^{203}\mathrm{Tl}\,{}^{202}\mathrm{Hg}\,{}^{249}\mathrm{Es}\,{}^{291}\mathrm{Fl}\,{}^{247}\mathrm{Cm}\,{}^{167}\mathrm{Er}\,{}^{93}\mathrm{Zr}\,{}^{251}\mathrm{Cf}\,{}^{146}\mathrm{Nd} \]

Opgave

Een reeks isotopen waarin een bekende chemicus verstopt zit, stellen we voor als een string (str) die bestaat uit de alternerende opeenvolging van massagetallen (reeks cijfers) en symbolen (reeks letters) uit de notaties van de isotopen. Zo wordt de reeks isotopen  \[ {}^{281}\mathrm{Mt}\,{}^{203}\mathrm{Tl}\,{}^{202}\mathrm{Hg}\,{}^{249}\mathrm{Es}\,{}^{291}\mathrm{Fl}\,{}^{247}\mathrm{Cm}\,{}^{167}\mathrm{Er}\,{}^{93}\mathrm{Zr}\,{}^{251}\mathrm{Cf}\,{}^{146}\mathrm{Nd} \] waarin Marie Curie verstopt zit, bijvoorbeeld voorgesteld als de string

281Mt203Tl202Hg249Es291Fl247Cm167Er93Zr251Cf146Nd

Om de chemicus te vinden die in een reeks isotopen verstopt zit, hebben we de namen van de chemische elementen nodig waarvan de symbolen voorkomen in de reeks isotopen. Daarvoor gebruiken we een tekstbestand waarvan elke regel een aantal eigenschappen beschrijft van één chemisch element, met informatievelden die van elkaar gescheiden worden door een scheidingsteken dat verder niet in de informatievelden voorkomt. Het bestand bevat minstens informatie over elementen met symbolen die voorkomen in de reeks isotopen, en bevat minstens informatievelden met de namen en de symbolen van de elementen. De volgorde van de informatievelden ligt niet vast. De eerste regel van het bestand kan eventueel bestaan uit een hoofding met beschrijvingen van de informatievelden.

Dit is bijvoorbeeld een deel van het bestand (elementen.txt²) met informatie over alle gekende chemische elementen. Het bestand bevat een hoofding, en elke regel bestaat uit 15 informatievelden die van elkaar gescheiden worden door tabs. Het tweede veld bevat het symbool voor de elementen, en het derde veld hun naam.

Atomic number	Symbol	Name	Group	Period	Block	Atomic weight (Da)	Density (g/cm3)	Melting point (K)	Boiling point (K)	Specific heat capacity (J/g · K)	Electro-negativity	Abundance in Earth's crust (mg/kg)	Origin	Phase
…
40	Zr	Zirconium	4	5	d-block	91.224	6.52	2128	4682	0.278	1.33	165	primordial	solid
…
60	Nd	Neodymium	f-block groups	6	f-block	144.24	7.01	1297	3347	0.19	1.14	41.5	primordial	solid
…
68	Er	Erbium	f-block groups	6	f-block	167.26	9.066	1802	3141	0.168	1.24	3.5	primordial	solid
…
80	Hg	Mercury	12	6	d-block	200.59	13.534	234.43	629.88	0.14	2.00	0.085	primordial	liquid
81	Tl	Thallium	13	6	p-block	204.38	11.85	577	1746	0.129	1.62	0.85	primordial	solid
…
96	Cm	Curium	f-block groups	7	f-block	[247]	13.51	1613	3383	–	1.28	–	synthetic	solid
97	Bk	Berkelium	f-block groups	7	f-block	[247]	14.78	1259	2900	–	1.3	–	synthetic	solid
98	Cf	Californium	f-block groups	7	f-block	[251]	15.1	1173	(1743)	–	1.3	–	synthetic	solid
99	Es	Einsteinium	f-block groups	7	f-block	[252]	8.84	1133	(1269)	–	1.3	–	synthetic	solid
…
109	Mt	Meitnerium	9	7	d-block	[278]	(27–28)	–	–	–	–	–	synthetic	unknown phase
…
114	Fl	Flerovium	14	7	p-block	[289]	(11.4±0.3)	(284±50)	–	–	–	–	synthetic	unknown phase
…

Gevraagd wordt:

• Schrijf een functie selecteer_letter waaraan twee argumenten moeten doorgegeven worden: i) een getal $$n \in \mathbb{N}_0$$ (int) en ii) een string $$s$$ (str) die enkel bestaat uit letters (hoofdletters en kleine letters). De functie moet de $$n$$-de letter (str) van string $$s$$ teruggeven. Daarbij beginnen we bij de eerste letter van string $$s$$ te tellen vanaf 1 en gaan we na het einde van string $$s$$ verder met tellen vanaf het begin.

• Schrijf een functie isotopen waaraan de stringvoorstelling (str) van een reeks isotopen moet doorgegeven worden. De functie moet een lijst (list) teruggeven, met voor elke isotoop uit de reeks een tuple (tuple) met het massagetal (int) en het symbool (str) van de isotoop.

• Schrijf een functie lees_elementen waaraan drie argumenten moeten doorgegeven worden: i) de locatie (str) van een tekstbestand met eigenschappen van chemische elementen, ii) het volgnummer (int) van het informatieveld met de symbolen voor de elementen en iii) het volgnummer (int) van het informatieveld met de namen van de elementen. Daarbij worden de informatievelden van links naar rechts genummerd vanaf 1. De functie heeft ook nog een optionele parameter scheidingsteken waaraan het scheidingsteken (str) van de informatievelden kan doorgegeven worden. Als er niet expliciet een scheidingsteken wordt doorgegeven, dan worden de informatievelden van elkaar gescheiden door tabs. De functie heeft ook nog een optionele parameter hoofding waaraan een Booleaanse waarde (bool; standaardwaarde: True) kan doorgegeven worden die aangeeft of de eerste regel van het bestand een hoofding is. De functie moet een dictionary (dict) teruggeven, die het symbool (str) voor elk element uit het bestand afbeeldt op de naam (str) van het element.

• Schrijf een functie chemicus waaraan twee argumenten moeten doorgegeven worden: i) de stringvoorstelling (str) van een reeks isotopen waarin een chemicus verborgen zit en ii) een dictionary (dict) die symbolen (str) van chemische elementen afbeeldt op de namen (str) van die elementen. Daarbij mag je ervan uitgaan dat elk symbool van een isotoop uit de reeks ook een sleutel is van de dictionary, zonder dat dit expliciet moet gecontroleerd worden. De functie moet de chemicus (str) teruggeven die verborgen zit in de gegeven reeks isotopen.

Voorbeeld

In deze interactieve sessie gaan we ervan uit dat de huidige directory het tekstbestand elementen.txt³ bevat.

>>> selecteer_letter(281, 'Meitnerium')
'M'
>>> selecteer_letter(203, 'Thallium')
'a'
>>> selecteer_letter(202, 'Mercury')
'r'

>>> isotopen('281Mt203Tl202Hg249Es291Fl247Cm167Er93Zr251Cf146Nd')
[(281, 'Mt'), (203, 'Tl'), (202, 'Hg'), (249, 'Es'), (291, 'Fl'), (247, 'Cm'), (167, 'Er'), (93, 'Zr'), (251, 'Cf'), (146, 'Nd')]
>>> isotopen('121Sb232Ac107Ag139Nd137Pr163Ho225Ac261Md258No290Og20Mg115Cd238Am36Cl')
[(121, 'Sb'), (232, 'Ac'), (107, 'Ag'), (139, 'Nd'), (137, 'Pr'), (163, 'Ho'), (225, 'Ac'), (261, 'Md'), (258, 'No'), (290, 'Og'), (20, 'Mg'), (115, 'Cd'), (238, 'Am'), (36, 'Cl')]

>>> symbool2naam = lees_elementen('elementen.txt4', 2, 3)
>>> symbool2naam['Mt']
'Meitnerium'
>>> symbool2naam['Tl']
'Thallium'
>>> symbool2naam['Hg']
'Mercury'

>>> chemicus('281Mt203Tl202Hg249Es291Fl247Cm167Er93Zr251Cf146Nd', symbool2naam)
'MarieCurie'
>>> chemicus('121Sb232Ac107Ag139Nd137Pr163Ho225Ac261Md258No290Og20Mg115Cd238Am36Cl', symbool2naam)
'AmedeoAvogadro'