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Conceptos básicos de química, específicamente sobre el tema de los átomos, su masa atómica y la unidad de medida de masa atómica en gramos (át-g). El texto explica la definición del peso atómico, su relación con el peso atómico relativo y el isótopo de carbono-12 como patrón de comparación. Además, se discuten las equivalencias entre diferentes unidades de masa y el uso de la espectrometría de masas para determinar el peso atómico de un elemento.
Tipo: Diapositivas
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL PERÍODO 2020 A FUNDAMENTOS DE QUÍMICA Clase No: 4 Tema de la clase: CONCEPTOS BÁSICOS: ÁTOMO, PESO ATÓMICO, ÁTOMO – GRAMO ÁTOMO Peso o masa atómico de un elemento Definición: La masa de un elemento es extremadamente pequeña, por lo que es conveniente expresarla en ciertas unidades químicas de medición de masa, conocidas con el nombre de unidades de masa atómica, que se representa con las siglas uma. Peso atómico relativo: El peso atómico es el peso o masa de un átomo de un elemento expresado en uma, en relación del peso de otro átomo que se toma como patrón de comparación. El átomo patrón que se considera es el isótopo 12 de carbono 6 𝐶 12 que se le asigna una masa de 12 uma. 𝑢𝑚𝑎 =
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑎𝑡ó𝑚𝑖𝑐𝑎 6 𝐶 12 Equivalencias: 1 𝑢𝑚𝑎 = 1 , 66 𝑥 10 −^24 𝑔 1 𝑔 = 6 , 022 𝑥 1023 𝑢𝑚𝑎 Peso atómico promedio de un elemento: Es el peso promedio de los isótopos naturales que forman el elemento. Determinación del Peso Atómico de un Elemento: 𝑃𝐴𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =
Donde: 𝑃 1 , 𝑃 2 , ….. , 𝑃𝑛 = 𝑝𝑒𝑠𝑜𝑠 𝑎𝑡ó𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑋 1 , 𝑋 2 , … , 𝑋𝑛 = 𝑎𝑏𝑢𝑛𝑑𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑖𝑠ó𝑡𝑜𝑝𝑜, 𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 Espectrometría de Masa: Para determinar la abundancia relativa experimentalmente se usa la técnica llamada espectrometría de masas.
Figura 1. Diagrama de un espectrómetro de masas La espectrometría de masas es una herramienta espectroscópica analítica enfocada principalmente a la separación de especies moleculares y atómicas de acuerdo a su masa. Se inyecta una muestra en la máquina, se vaporiza mediante un calentador y luego se ioniza por una corriente de electrones de alta energía. Los iones resultantes se aceleran a través de placas eléctricas en paralelo y luego se desvían en un campo magnético antes de llegar a un detector. Los iones se generan en una cámara de alto vacío, para separarse en función de la masa y se determina la abundancia relativa. Análisis del espectro de masas: El haz de iones gaseosos que pasa a través de campos eléctricos y magnéticos, se separa en sus componentes de diferente masa. Los iones separados se enfocan a un instrumento de medida que registra su presencia y sus cantidades. La distribución se hace en base a la relación masa / carga ( 𝑚 𝑧 ). Dado que la mayor parte de los iones producidos en el espectrómetro de masas conllevan una carga positiva, el valor de la relación 𝑚 𝑧 es equivalente a la masa del fragmento. Un ejemplo es el análisis de una muestra de circonio elemental, mediante espectrometría de masas. Como resultado se obtiene un espectro de masas como se observa en la Figura 2 , donde la altura del pico es más o menos proporcional a la abundancia relativa para un valor dado de 𝑚 𝑧
Figura 2. Espectro de masas para una muestra de circonio elemental.
Transformaciones Figura 3. Relación entre la masa, el número de átomos – gramo y el número de átomos de un elemento