La masa atmica (ma) es la masa de un tomo cuando se compara con un tomo de referencia, C12.

La masa atmica puede ser considerada como la masa total de protones y neutrones en un solo tomo. La masa atmica es algunas veces usada incorrectamente como un sinnimo de masa atmica relativa.

La masa atmica relativa es un sinnimo para peso atmico. Un peso atmico o masa atmica relativa de un elemento de una fuente especificada es la razn de la masa media por tomo del elemento a 1/12 de la masa de un tomo 12C. La media ponderada de las masas atmicas de todos los tomos de un elemento qumico encontrados en una muestra particular, ponderados por abundancia isotpica.

Las unidades de masa atmica (u) se define como 1/12 de la masa del istopo C12.

La masa molecular relativa es un nmero que indica cuntas veces mayor es la masa de una molcula de una sustancia con respecto a la unidad de masa atmica. Su unidad es el Dalton o unidad de masa atmica, que se abrevia u (antes uma).La masa molecular se determina sumando las masas atmicas relativas de los elementos cuyos tomos constituyen una molcula de dicha sustancia. A pesar de que se sigue diciendo popularmente peso molecular, el trmino correcto es masa molecular. La masa molar de una sustancia coincide numricamente con la masa molecular, aunque son cosas distintas.

Por ejemplo: la masa molecular del H2O ser:

1,00794 x 2 + 15,9994 = 18,015128 u(masa atmica del H: 1,00797, masa atmica del O: 15,9994)

La masa molar (smbolo M) de un tomo o una molcula es la masa de un mol de dicha partcula expresada en gramos. Es una propiedad fsica caracterstica de cada sustancia pura. Sus unidades en qumica son los gramos por mol (g/mol).

Podramos decir que la masa molar es lo mismo que la masa molecular pero en vez de estar en unidad de masa atmica (u) est en gramos/mol.

Seguimos con el ejemplo del H2O: La masa molar del agua es:

masa molar de H = 1 g x 2 tomos = 2masa molar de 0 = 16 g 1 tomo = 16

Total = 18 g /mol.

El mol (smbolo: mol) es la cantidad de sustancia que contiene tantos tomos, molculas, etc... como las que hay en 12 g de C12.

La cantidad correspondiente a 1 mol es 6,022 x 10 elevado 23 (n o constante de Avogadro).__________________

EN LOS captulos anteriores describimos brevemente los principios fsicos en los que se basa la utilizacin de la difraccin de rayos X para encontrar la estructura de ciertas sustancias como los cristales, molculas, etctera. A pesar de la gran capacidad que tiene esta tcnica, hay situaciones en las que no es muy eficaz. Por ejemplo, si el cristal est formado por compuestos que contienen bastantes tomos de hidrgeno, entonces la difraccin de rayos X es muy dbil y no proporciona buena informacin. Hay otras caractersticas microscpicas, como las propiedades de los movimientos que realizan los tomos en el cristal, para las cuales el uso de los rayos X no es adecuado, ya que no puede proporcionar esta informacin. Por otro lado, se ha descubierto otro mtodo complementario que utiliza neutrones y que ha ayudado a obtener informacin sobre propiedades microscpicas de las sustancias que no es capaz de proporcionar la difraccin de rayos X. Antes de describirlo, diremos qu son y cmo se encontraron los neutrones. En 1911, el fsico britnico lord Ernest Rutherford, que trabajaba en el famoso Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, llev a cabo una serie de experimentos en los que se bas para llegar a la conclusin de que el tomo debera tener una estructura muy particular. Sus resultados experimentales indicaban que dicha estructura deba ser muy parecida al sistema planetario. En efecto, encontr que cada tomo tiene dos componentes: en el centro del tomo debe haber un ncleo rodeado de una nube de partculas los electrones que giran a su alrededor. El ncleo desempea un papel anlogo al del Sol en el sistema planetario, mientras que los electrones que lo rodean desempean el papel de los planetas. Adems, Rutherford lleg a las siguientes conclusiones: 1) El ncleo tiene una carga elctrica positiva, mientras que los electrones tienen carga elctrica negativa, de tal suerte que la carga total del tomo es cero; es decir, el tomo es elctricamente neutro. 2) La masa del ncleo es muchsimo ms grande que la masa de los electrones. Se encontr que, dependiendo del tipo de ncleo, su masa es varios miles de veces mayor que la de los electrones. Las partculas de carga positiva que componen el ncleo se llaman protones. Resulta que la masa de un protn es alrededor de 1 836 veces la masa de un electrn. Adems, las cargas elctricas de un protn y un electrn tienen las mismas magnitudes, pero con signos opuestos; la del protn es positiva y la del electrn, negativa. As, por ejemplo, el tomo ms sencillo est formado por un ncleo compuesto nicamente de un protn que a su alrededor tiene un electrn. Este tomo es el hidrgeno. De manera anloga quedan constituidos otros tipos de tomos. Cada uno de ellos tiene cierto nmero de protones en su ncleo e igual nmero de electrones a su alrededor. Como ilustracin mencionaremos los casos del carbono que tiene seis protones en su ncleo y seis electrones a su alrededor; el oxgeno tiene ocho protones y ocho electrones; el cloro tiene diecisiete protones y diecisiete electrones, etctera. Las caractersticas qumicas que tiene un tomo quedan determinadas por el nmero de electrones (que es igual al de protones en el ncleo) que contiene; este nmero se llama nmero atmico del elemento. As, dos tomos tienen propiedades qumicas distintas si sus nmeros atmicos son diferentes. El flor, con nmero atmico 9, es distinto del argn, que tiene nmero atmico 18, justamente porque sus nmeros son distintos. Hacia 1920 el mismo Rutherford, basado en resultados de diferentes experimentos, hizo una suposicin: en el ncleo del tomo debera existir otra partcula, distinta al protn. Para ser consistente con el experimento, esta partcula debera tener carga elctrica nula. Sin embargo, Rutherford no pudo dar ninguna prueba concluyente sobre la existencia de esta partcula. Durante ms de diez aos el grupo de Rutherford en Cambridge estuvo estudiando y sondeando el ncleo atmico. Hasta 1932, otro fsico ingls perteneciente a dicho grupo, sir James Chadwick, descubri en el laboratorio la existencia de la partcula propuesta por Rutherford. A esta partcula se le llama neutrn. Por lo tanto, el ncleo de un tomo contiene protones y neutrones. Es claro que para que el tomo sea neutro el nmero de protones debe ser igual al nmero de electrones que rodean al ncleo. La masa que tiene un neutrn es casi igual a la que tiene un protn, o sea alrededor de 1 836 veces la masa de un electrn. A causa de esta diferencia de masas resulta obvio que la masa de un tomo est prcticamente concentrada en su ncleo. Ahora bien, como mencionamos en un prrafo anterior, las propiedades qumicas que tiene un tomo dependen del nmero de electrones que posee. Esto significa que dos tomos que tengan el mismo nmero de electrones (y por tanto, de protones) pero que tengan distintos nmeros de neutrones en sus ncleos son qumicamente idnticos. As, por ejemplo, el carbn tiene seis protones (y por tanto, seis electrones) pero puede tener en su ncleo cinco, seis, ocho neutrones. Se denotan a estos ncleos como 6 C 11, 6 C 12, 6 C 14, respectivamente. Aqu el 6 colocado abajo y a la izquierda del smbolo qumico C del carbn indica su nmero atmico. El nmero que est arriba y a la derecha es la suma de los protones y de los neutrones que hay en el ncleo; es decir, del nmero total de partculas que se encuentra en el ncleo. Los tomos de carbn as formados son todos qumicamente idnticos ya que todos tienen el mismo nmero atmico, a saber, seis. Sin embargo, estos tomos no son iguales entre s ya que tienen ncleos distintos. A estos tomos diferentes del mismo elemento se les llama istopos. Sin embargo, a pesar de tener las mismas propiedades qumicas, distintos istopos del mismo elemento qumico tienen distintas propiedades nucleares. Esto es as ya que las fuerzas que mantienen unido al ncleo, las llamadas fuerzas nucleares, se manifiestan de diferentes maneras si el nmero de las partculas que estn en el ncleo es distinto. En efecto, no da lo mismo, en lo que a las fuerzas nucleares respecta, si en el ncleo hay 11 partculas (6 protones + 5 neutrones), que si hay 1 2 partculas (6 protones + 6 neutrones). En particular, dependiendo del nmero de neutrones y protones que haya en el ncleo puede ocurrir que el ncleo no sea estable. Esto significa que las fuerzas nucleares hacen que el ncleo se rompa. Otros ncleos s son estables. En el ejemplo del carbn mencionado, el istopo 6C12 es un ncleo estable y es el que se encuentra en los ncleos de carbn que conocemos. Sin embargo, el ncleo de 6C11 es un istopo que se rompe, o sea que es inestable. Si se tuviesen 100 g de este istopo, entonces, despus de 20.4 min, solamente tendramos 37 g del istopo. A este tiempo se le llama la vida media del istopo. Las vidas medias de diferentes istopos son distintas. As, por ejemplo, la vida media del istopo 6C14 es de 5 730 aos, que es distinta a la correspondiente del 6C11. Vemos entonces que las propiedades nucleares dependen de manera muy significativa del nmero de neutrones y protones que tenga el ncleo del tomo. Los ncleos que no son estables, despus de cierto intervalo de tiempo, se rompen en varios fragmentos. Es decir, estos ncleos se desintegran. En un capitulo posterior hablaremos sobre este proceso de desintegracin nuclear. ___________________-3.1 Masa atmicaEn este captulo se utilizar lo aprendido acerca de la estructura y las frmulas qumicas paraestudiar las relaciones de masa de los tomos y las molculas. Estas relaciones ayudarna su vez a explicar la composicin de los compuestos y la manera como se efectan los cambiosde composicin.La masa de un tomo depende del nmero de electrones, protones y neutrones que contiene.El conocimiento de la masa de un tomo es importante para el trabajo en ellaboratorio.Sin embargo, los tomos son partculas extremadamente pequeas incluso la partculams pequea de polvo que puede apreciarse a simple vista contiene 1 X 10 16 tomos! Obviamenteno es posible pesar un solo tomo, pero existen mtodos experimentales para determinarsu masa en relacin con la de otro. El primer paso consiste en asignar un valor ala masa de un tomo de un elemento determinado para utilizarlo como referencia.Por acuerdo internacional, la masa atmica (algunas veces conocida como peso atmico)es la masa de un tomo, en unidades de masa atmica (uma). Una unidad de masa atmicase define como una masa exactamente igual a un doceavo de la masa de un tomo decarbono-12. El carbono-12 es el istopo del carbono que tiene seis protones y seis neutrones.Al fijar la masa del carbono-12 como 12 urna, se tiene el tomo que se utiliza comoreferencia para medir la masa atmica de los dems elementos. Por ejemplo, ciertos experimentoshan demostrado que, en promedio, un tomo de hidrgeno tiene slo 8.400% dela masa del tomo de carbono-12. De modo que si la masa de un tomo de carbono-12 esexactamente 12 urna, la masa atmica del hidrgeno debe ser 0.084 X 12.00 urna, es decir,1.008 urna. Con clculos semejantes se demuestra que la masa atmica del oxgeno es 16.00uma y que la del hierro es 55.85 uma. Aunque no se conoce la masa promedio de un tomode hierro, se sabe que es alrededor de 56 veces mayor que la masa de un tomo de hidrgeno.Masa atmica promedioCuando se busca la masa atmica del carbono en una tabla peridica, como la que apareceen la cubierta interior de este libro, se encontrar que su valor no es 12.00 uma, sino 12.01uma. La razn de esta diferencia es que la mayor parte de los elementos de origen natural(incluido el carbono) tienen ms de un istopo. Esto significa que al medir la masa atmicade un elemento, por lo general se debe establecer la masa promedio de la mezcla naturalde los istopos. Por ejemplo, la abundancia natural del carbono-12 y del carbono-13 es de98.90% y l.1O%, respectivamente. Se ha detelminado que la masa atmica del carbono-13es 13.00335 uma. As, la masa atmica promedio del carbono se calcula como sigue:masa atmica promediodel carbono natural = (0.9890)(12.00000 urna) + 0.0110)(13.00335 urna)= 12.01 umaObsrvese que en clculos que incluyen porcentajes es necesario convertir los porcentajesa fracciones. Por ejemplo, 98.90% se transforma en 98.90/100 o 0.9890. Debido a que enel carbono natural hay muchos ms tomos de carbono-12 que de carbono-13, la masa atmicapromedio se acerca ms a 12 uma que a 13 uma.Es importante entender que cuando se dice que la masa atmica del carbono es de12.01 uma, se hace referencia a un valor promedio. Si los tomos de carbono se pudieranexaminar en forma individual, se encontraran tomos con masa atmica de 12.00000 o biende 13.00335 uma, pero ninguno de 12.01 uma.Las masas atmicas de muchos elementos se han determinado con exactitud con cincoo seis cifras significativas. Sin embargo, para los propsitos de este libro, se utilizarn masasatmicas con cuatro cifras significativas (vase la tabla de masas atmicas en la cubiertainterior de este libro). Con fines de simplicidad, se omitir la palabra "promedio" cuandose aborde el tema de las masas atmicas de los elementos.3.2 Nmero de Avogadro y masa molarde un elementoLas unidades de masa atmica constituyen una escala relativa de las masas de los elementos.Pero debido a que los tomos tienen masas tan pequeas, no es posible disear una balanzapara pesarlos mediante unidades calibradas de masa atmica. En cualquier situacinreal, se manejan muestras macroscpicas que contienen una enorme cantidad de tomos.Por consiguiente, conviene tener una unidad especial para referirse a una gran cantidad detomos. Esta idea no es nueva; por ejemplo, el par (2 objetos), la docena (12 objetos) y lagruesa (144 objetos) son unidades de uso comn. Los qumicos miden a los tomos y a lasmolculas en moles.En el SI, el mol es la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales(tomos, molculas u otras partculas) como tomos hay exactamente en 12 g (o 0.012kg) del istopo de carbono-l2. El nmero real de tomos en 12 g de carbono-l2 se determinaexperimentalmente. Este nmero se denomina nmero de Avogadro (NAY, en honordel cientfico italiano Amedeo Avogadro. 1 El valor comnmente aceptado esNA = 6.0221367 X 1023