2.2.5: Masa atómica promedio

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La masa atómica promedio de un elemento es la suma de las masas de sus isótopos, cada una multiplicada por su abundancia natural.

Objetivos de aprendizaje

Calcular la masa atómica promedio de un elemento dados sus isótopos y su abundancia natural

Puntos Clave

Un elemento puede tener diferentes números de neutrones en su núcleo, pero siempre tiene el mismo número de protones. Las versiones de un elemento con diferentes neutrones tienen diferentes masas y se denominan isótopos.
La masa atómica promedio de un elemento se calcula sumando las masas de los isótopos del elemento, cada uno multiplicado por su abundancia natural en la Tierra.
Al hacer cualquier cálculo de masa que involucre elementos o compuestos, siempre use masa atómica promedio, que se puede encontrar en la tabla periódica.

Términos Clave

número de masa: El número total de protones y neutrones en un núcleo atómico.
abundancia natural: La abundancia de un isótopo particular que se encuentra naturalmente en el planeta.
masa atómica promedio: La masa calculada sumando las masas de los isótopos de un elemento, cada uno multiplicado por su abundancia natural en la Tierra.

El número atómico de un elemento define la identidad del elemento y significa el número de protones en el núcleo de un átomo. Por ejemplo, el elemento hidrógeno (el elemento 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 diferentes números 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 les llama isótopos. Para cualquier isótopo dado, la suma de los números de protones y neutrones en el núcleo se denomina número de masa. Esto se debe a que cada protón y cada neutrón pesan una unidad de masa atómica (amu). Al sumar el número de protones y neutrones y multiplicar por 1 amu, se puede calcular la masa del átomo. Todos los elementos existen como una colección de isótopos. La palabra 'isótopo' proviene del griego 'isos' (que significa 'mismo') y 'topes' (que significa 'lugar') porque los elementos pueden ocupar el mismo lugar en la tabla periódica a la vez que son diferentes en la construcción subatómica.

imagen — Figura: Átomo de **litio: átomo** estilizado de litio-7:3 protones (rojo), 4 neutrones (negro) y 3 electrones (azul). (El litio también tiene otro isótopo más raro con solo 2 neutrones).

Calcular la masa atómica promedio

La masa atómica promedio de un elemento es la suma de las masas de sus isótopos, cada uno multiplicado por su abundancia natural (el decimal asociado al porcentaje de átomos de ese elemento que son de un isótopo dado).

Masa atómica promedio = f ₁ _{M 1} + f ₂ _{M 2} +... + f _n _{M n} 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 promedio de un elemento se puede encontrar en la tabla periódica, típicamente bajo el símbolo elemental. Cuando se dispone de datos sobre la abundancia natural de diversos isótopos de un elemento, es sencillo calcular la masa atómica promedio.

Para el helio, hay aproximadamente un isótopo de Helio-3 por cada millón de isótopos de Helio-4; por lo tanto, la masa atómica promedio es muy cercana a 4 amu (4.002602 amu).
El cloro consiste en 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 natural). El número atómico de cloro es 17 (tiene 17 protones en su núcleo).

Para calcular la masa promedio, primero convierta los porcentajes en fracciones (divídalos por 100). Después, calcule los números de masa. El isótopo de cloro con 18 neutrones tiene una abundancia de 0.7577 y un número de masa de 35 amu. Para calcular la masa atómica promedio, multiplica la fracción por el número de masa para cada isótopo, luego sumarlos juntos.

Masa atómica promedio de cloro = (0.7577 ⋅ 35 amu) + (0.2423 ⋅ 37 amu) = 35.48 amu

Otro ejemplo es calcular la masa atómica del boro (B), que tiene dos isótopos: B-10 con 19.9% de abundancia natural, y B-11 con 80.1% de abundancia. Por lo tanto,

Masa atómica promedio de boro = (0.19910 amu) + (0.80111 amu) = 10.80 amu

Siempre que hacemos cálculos de masa que involucran elementos o compuestos (combinaciones de elementos), siempre usamos masas atómicas promedio.

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