2.6: Pesos atómicos

Nuestra discusión sobre la teoría atómica ha indicado que la masa es una característica muy importante de los átomos; no cambia a medida que ocurren las reacciones químicas. El volumen, por otro lado, a menudo sí cambia, porque los átomos o moléculas se empaquetan más estrechamente en líquidos y sólidos o se separan más ampliamente en gases cuando se produce una reacción. Desde el momento en que se propuso por primera vez la teoría de Dalton, los químicos se dieron cuenta de la importancia de las masas de átomos, y dedicaron mucho tiempo y esfuerzo en experimentos para determinar cuánto más pesado es un tipo de átomo que otro.

Dalton, por ejemplo, estudió un compuesto de carbono y oxígeno al que llamó óxido carbónico. Encontró que una muestra de 100 g contenía 42.9 g C y 57.1 g O. En la época de Dalton no había formas sencillas de determinar la naturaleza microscópica de un compuesto, por lo que desconocía la composición de las moléculas (y de ahí la fórmula) del óxido carbónico. Ante esta dificultad, hizo lo que la mayoría de los científicos harían —hacer la suposición más sencilla posible. Esto fue que las moléculas de óxido carbónico contenían el número mínimo de átomos: uno de carbono y otra de oxígeno. El óxido carbónico era el compuesto que ahora conocemos como monóxido de carbono, CO, y así en este caso Dalton tenía razón. Sin embargo, suposiciones erróneas sobre las fórmulas para otros compuestos llevaron a medio siglo de confusión sobre los pesos atómicos.

Dado que la fórmula era CO, Dalton argumentó que la relación de la masa de carbono a la masa de oxígeno en el compuesto debe ser la misma que la relación de la masa de 1 átomo de carbono a la masa de 1 átomo de oxígeno:

\[\dfrac{\text{Mass of 1 C atom}}{\text{Mass of 1 O atom}}=\frac{\text{mass of C in CO}}{\text{mass of O in CO}}=\dfrac{\text{42}\text{.9 g}}{\text{57}\text{.1 g}}=\dfrac{\text{0}\text{.751}}{\text{1}}=\text{0.751}\label{1} \]

En otras palabras, la masa de un átomo de carbono es aproximadamente tres cuartas partes (0.75) más grande que la masa de un átomo de oxígeno.

Observe que este método implica una relación de masas y que las unidades gramos cancelan, produciendo un número puro. Ese número (0.751, o aproximadamente ¾) es la masa relativa de un átomo de carbono comparado con un átomo de oxígeno. No dice nada sobre las masas reales de átomos de carbono u oxígeno —solo que el carbono es tres cuartas partes más pesado que el oxígeno.

Las masas relativas de los átomos generalmente se denominan pesos atómicos. Sus valores están en la Tabla de Pesos Atómicos, junto con los nombres y símbolos de los elementos. La escala de peso atómico se basó originalmente en una masa relativa de 1 para el átomo más ligero, hidrógeno. A medida que se idearon métodos más precisos para determinar el peso atómico, resultó conveniente cambiar al oxígeno y luego al carbono, pero la escala se ajustó para que la masa relativa del hidrógeno permaneciera cercana a 1. Así, el peso atómico del nitrógeno de 14.0067 nos dice que un átomo de nitrógeno tiene aproximadamente 14 veces la masa de un átomo de hidrógeno.

El hecho de que los pesos atómicos sean proporciones de masas y no tengan unidades no resta en absoluto su utilidad. Es muy fácil determinar cuánto más pesado es un tipo de átomo que otro.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Mass of Mercury Atom

Utilice la Tabla de Pesos Atómicos para mostrar que la masa de un átomo de mercurio es 2.510 veces la masa de un átomo de bromo.

Solución

Las masas reales de los átomos estarán en la misma proporción que sus masas relativas. El peso atómico del mercurio es 200.59 y el bromo es 79.904. Por lo tanto

\[\frac{\text{Mass of a Hg atom}}{\text{Mass of a Br atom}}=\frac{\text{relative mass of a Hg atom}}{\text{relative mass of a Br atom}}=\frac{\text{200}\text{.59}}{\text{79}\text{0.904}}=\text{2.5104} \nonumber \]

o: Masa de un átomo de Hg = 2.5104\(\cdot\) Masa de un átomo de Br

La tabla de peso atómico también nos permite obtener las masas relativas de las moléculas. Estos se denominan pesos moleculares y se calculan sumando los pesos atómicos de todos los átomos en la molécula.

Ejemplo\(\PageIndex{2}\): Mass Comparison

¿Qué tan pesada sería una molécula de bromuro de mercurio en comparación con un solo átomo de bromo?

Solución

Primero, obtener la masa relativa de una molécula de Hg _{2 Br 2} (el peso molecular):

\[ \begin{align*} \text{2 Hg atoms: relative mass}= 2 \cdot200.59 &=& 401.18 \\ \text{2 Br atoms: relative mass}= 2 \cdot79.904 &=& 159.808 \\ \text{1 Hg2Br2 molecule: relative mass} &=& 560.99 \end{align*} \nonumber \]

Por lo tanto

\[\frac{\text{Mass of a Hg}_{\text{2}}\text{Br}_{\text{2}}\text{ molecule}}{\text{Mass of a Br atom}}=\dfrac{\text{560}\text{0.99}}{\text{79}\text{0.904}}=\text{7.0208} \nonumber \]

La molécula de Hg _{2 Br 2} es aproximadamente 7 veces más pesada que un átomo de bromo.