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Estructura atómica y molecular
El primer instrumento similar a un espectrómetro de masas fue construido en 1912
por J. J. Thomson. Siete años después, Aston construyó otro, con él descubrió que
la mayoría de los elementos están formados por isótopos.
Por ejemplo, el espectrograma de masas del Ne mostraba dos picos: uno de masa
nominal (masa expresada con un número entero) 20 u y abundancia relativa 0,91, y
otro de masa nominal 22 u y abundancia relativa 0,09 (figura 4.5). Esto indicaba que
en el neón había dos tipos de átomos:
20
Ne (91%) y
22
Ne (9%).
Más adelante, cuando mejoraron los espectrómetros de masas, se observó que el
espectrograma del Ne mostraba un tercer pico, de masa 20,9940 u (
21
Ne) y abun-
dancia 0,27 (figura 4.6).
En 1922 se concedió a Aston el premio Nobel de Química «por su descubrimiento,
gracias al espectrógrafo de masas, de los isótopos de múltiples elementos
no ra-
diactivos,
y por la enunciación de la regla del número entero».
Para calcular la masa de los
isótopos radiactivos
se recurre a la medida de la ener-
gía liberada en los procesos de desintegración.
La
regla del número entero
dice que «las masas atómicas de todos los isóto-
pos son números aproximadamente enteros, por lo que, cuando un elemento tiene
masa fraccionaria, es debido a que contiene una mezcla de isótopos».
La causa principal de que las masas atómicas de los elementos sean números
decimales es que son
medias ponderadas
de las masas atómicas de los isótopos
que contienen.
Figura 4.5.
Espectrograma de masas del
neón según el espectrógrafo de Aston.
20
21
22
23
0,09
0,91
Masa
Abundancia relativa
Figura 4.6.
Espectrograma de masas de los
tres isótopos del neón:
20
Ne,
21
Ne y
22
Ne.
20
21
22
23
0,0925
0,9048
Masa
Abundancia relativa
0,0027
Busca información y elabora
un informe sobre las aplicaciones
que tienen algunos isótopos ra-
diactivos, así como los posibles
riesgos que su manipulación tie-
ne para la salud de las personas.
INVESTIGA
Calcula la masa atómica del elemento neón sabiendo que tiene tres isóto-
pos:
20
Ne, de masa atómica 19,9924 u y abundancia 90,48%;
21
Ne, de masa
atómica 20,9940 u y abundancia 0,27% y
22
Ne, de masa atómica 21,9914 u y
abundancia 9,25%.
Hay que averiguar la media ponderada de las masas de los tres isótopos, es decir,
la media de sus masas teniendo en cuenta la abundancia de cada uno. Para ello
multiplicamos la fracción de cada isótopo (porcentaje dividido entre 100) por su
masa y sumamos los valores obtenidos:
Masa atómica
Ne
=
0,9048
⋅
19,9924 u
+
0,0027
⋅
20,9940 u
+
+
0,0925
⋅
21,9914 u
=
18,089
+
0,057
+
2,034
=
20,18 u
EJERCICIO RESUELTO 1
Actividades
5
Indica cuáles de los siguientes átomos son isótopos del mismo elemen-
to:
a)
14
28
A
b)
28
14
B
c)
29
14
C
d)
14
30
D
e)
30
14
E
6
¿Por qué las masas atómicas de lamayoría de los elementos se expresan
en números decimales?
7
Indica el número de electrones, de protones y de neutrones de las si-
guientes especies químicas:
a)
Ag-107
b)
32
S
2
−
c)
27
Al
3
+
8
La plata natural está constituida por una mezcla de dos isótopos de
números másicos 107 y 109, de abundancia 56% y 44%, respectiva-
mente. Calcula la masa atómica de la plata natural.
9
En la naturaleza se encuentran dos isótopos del bromo,
79
Br y
81
Br.
Deduce la proporción en que ambos isótopos forman parte del bromo
natural, sabiendo que la masa atómica del elemento es de 79,9.
Solución:
55% y 45%
