- Calcular la masa atómica media de un elemento dados sus isótopos y su abundancia natural
Puntos clave
- Un elemento puede tener diferente número de neutrones en su núcleo, pero siempre tiene el mismo número de protones. Las versiones de un elemento con distintos neutrones tienen masas diferentes y se denominan isótopos.
- La masa atómica media de un elemento se calcula sumando las masas de los isótopos del elemento, cada una de ellas multiplicada por su abundancia natural en la Tierra.
- Cuando se realice cualquier cálculo de masa que implique elementos o compuestos, se debe utilizar siempre la masa atómica media, que se puede encontrar en la tabla periódica.
Términos
- Abundancia naturalLa abundancia de un isótopo concreto que se encuentra de forma natural en el planeta.
- Masa atómica mediaLa masa calculada sumando las masas de los isótopos de un elemento, cada una de ellas multiplicada por su abundancia natural en la Tierra.
- Número de masaEl número total de protones y neutrones en un núcleo atómico.
- Para el helio, hay aproximadamente un isótopo de Helio-3 por cada millón de isótopos de Helio-4; por lo tanto, la masa atómica media es muy cercana a 4 amu (4.002602 amu).
- El cloro consta de dos isótopos principales, uno con 18 neutrones (75,77 por ciento de los átomos de cloro naturales) y otro con 20 neutrones (24,23 por ciento de los átomos de cloro naturales). El número atómico del cloro es 17 (tiene 17 protones en su núcleo).
El número atómico de un elemento define la identidad del mismo y significa el número de protones en el núcleo de un átomo. Por ejemplo, el elemento hidrógeno (el más ligero) siempre tendrá un protón en su núcleo. El elemento helio siempre tendrá dos protones en su núcleo.
Isótopos
Los átomos del mismo elemento pueden, sin embargo, tener diferente número de neutrones en su núcleo. Por ejemplo, existen átomos estables de helio que contienen uno o dos neutrones, pero ambos átomos tienen dos protones. Estos diferentes tipos de átomos de helio tienen diferentes masas (3 o 4 unidades de masa atómica), y se denominan isótopos. Para cualquier isótopo, la suma de los números de protones y neutrones en el núcleo se llama número de masa. Esto se debe a que cada protón y cada neutrón pesan una unidad de masa atómica (amu). Sumando el número de protones y neutrones y multiplicando por 1 amu, se puede calcular la masa del átomo. Todos los elementos existen como un conjunto de isótopos. La palabra ‘isótopo’ viene del griego ‘isos’ (que significa ‘igual’) y ‘topes’ (que significa ‘lugar’) porque los elementos pueden ocupar el mismo lugar en la tabla periódica siendo diferentes en su construcción subatómica.
Calcular la masa atómica media
La masa atómica media de un elemento es la suma de las masas de sus isótopos, cada una de ellas multiplicada por su abundancia natural (el decimal asociado al porcentaje de átomos de ese elemento que son de un isótopo determinado).
Masa atómica media = f1M1 + f2M2 + … + fnMn donde f es la fracción que representa la abundancia natural del isótopo y M es el número de masa (peso) del isótopo.
La masa atómica media de un elemento se puede encontrar en la tabla periódica, normalmente bajo el símbolo elemental. Cuando se dispone de datos sobre la abundancia natural de varios isótopos de un elemento, es sencillo calcular la masa atómica media.
Para calcular la masa media, primero convierta los porcentajes en fracciones (divídalos por 100). Luego, calcula los números de masa. El isótopo del cloro con 18 neutrones tiene una abundancia de 0,7577 y un número másico de 35 amu. Para calcular la masa atómica media, multiplique la fracción por el número de masa de cada isótopo y luego súmelos.
Masa atómica media del cloro = (0,7577 \cdot 35 amu) + (0,2423 \cdot 37 amu) = 35,48 amu
Otro ejemplo es calcular la masa atómica del boro (B), que tiene dos isótopos: B-10 con un 19,9% de abundancia natural, y B-11 con un 80,1% de abundancia. Por lo tanto,
Masa atómica media del boro = (0,199
\cdot
10 amu) + (0,801
\cdot
11 amu) = 10,80 amu
Siempre que hagamos cálculos de masas que impliquen elementos o compuestos (combinaciones de elementos), utilizaremos las masas atómicas medias.