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Puntos más importantes:
Los átomos que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones se llaman isótopos.
Los isótopos tienen distintas masas atómicas.
La abundancia relativa de un isótopo es la fracción de un solo elemento que existe en la Tierra con una masa atómica específica.
El peso atómico es el promedio ponderado que se calcula al multiplicar la abundancia relativa de cada isótopo por su masa atómica y luego sumar todos los productos.
La abundancia relativa de cada isótopo se puede determinar mediante la espectrometría de masas.
Un espectrómetro de masas ioniza los átomos y las moléculas con un haz de electrones de alta energía y luego desvía los iones a través de un campo magnético según la relación masa carga del ion, \dfrac{m}{z}
z
m
start fraction, m, divided by, z, end fraction.
El espectro de masas de una muestra nos permite ver \dfrac{m}{z}
z
m
start fraction, m, divided by, z, end fraction a lo largo del eje x, y la abundancia relativa de cada ion en el eje y.
Introducción: disección de un átomo
Todo está hecho de átomos. Tu computadora o la pantalla de tu teléfono, la silla donde estás sentado, tú y yo, estamos todos hechos de átomos. Si quisiéramos adentrarnos más con nuestros lentes de la química imaginarios y muy tecnológicamente avanzados, podríamos ver que el átomo mismo está hecho de partículas subatómicas con propiedades específicas.
Un átomo está compuesto de protones, neutrones y electrones. Un protón tiene una carga de 111++plus, un electrón tiene una carga de 111-−minus, y un neutrón tiene carga 000. El núcleo está formado por protones y neutrones, y los electrones se localizan fuera del núcleo. Puesto que los electrones tienen una carga negativa, los protones con carga positiva en el núcleo los atraen. Esto da al átomo su estabilidad, y podemos expresar lo anterior matemáticamente por medio de la ley de Coulomb. De manera muy simple, podemos representar un átomo mediante la Figura 1:
Modelo de Bohr del átomo de helio
Modelo de Bohr del átomo de helio
Figura 1: un átomo neutro de helio. Los protones y neutrones se localizan en el núcleo, mientras que los electrones "orbitan" fuera del núcleo Imagen de Wikispaces, CC BY-SA 3.0.
Contamos dos protones en el núcleo de este átomo, lo que significa que nuestro átomo tiene un número atómico (\text ZZstart text, Z, end text) de 222. Puesto que la identidad de un elemento se determina por el número atómico, podemos deducir que nuestro átomo debe ser un átomo de helio. Para que el átomo sea neutro, tenemos 222 electrones para equilibrar la carga positiva de los protones. Pero, ¿qué pasa con los neutrones, que no tienen carga? Resulta que este átomo particular de helio tiene dos neutrones. ¿Significa esto que todos los átomos de helio deben tener dos neutrones? Y si así es, ¿por qué?
Sabemos que si el núcleo tuviera un número atómico diferente, entonces el átomo sería un elemento diferente. Sin embargo, no sucede lo mismo con el número de neutrones en el núcleo. Es posible que átomos del mismo elemento contengan diferente número de neutrones; tales átomos se conocen como isótopos. Esto viene del griego: iso-, que significa "igual* y -topo que significa "lugar". Por lo tanto, dado que los isótopos contienen el mismo número de protones, ocupan el mismo lugar en la tabla periódica. Pero difieren en el número de neutrones en sus núcleos, lo que lleva a que tengan masas diferentes.
La masa de las partículas y la unidad de masa atómica unificada
Los átomos son sumamente pequeñitos y las partículas dentro de los átomos, lo son aún más. Aunque podemos hablar de la masa de los átomos y partículas en términos de unidades cotidianas como gramos y kilogramos, es mucho más conveniente usar una unidad de masa muy pequeñita para hablar de cosas tan chiquitas. Esta unidad se conoce como \text{u}ustart text, u, end text, que representa la unidad de masa atómica unificada. Por definición, 1\text{ u}1 u1, start text, space, u, end text es exactamente igual a \dfrac{1}{12}
12
1
start fraction, 1, divided by, 12, end fraction de la masa de un solo átomo neutro de carbono-12. El número después del guion, 12, es la suma de protones y neutrones para ese isótopo específico del elemento. La razón por la que se escogió el carbono-12 como el isótopo que define la unidad \text{u}
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x_d esplicalo en clases