Peso atómico: qué es, definición, cómo se calcula, ejemplos
¿Qué es el peso atómico?
El peso atómico es la masa promedio de los átomos de un determinado elemento químico. Es conocido y usado indistintamente como masa atómica, aunque literalmente el significado de cada uno es diferente.
El término ‘peso’, en física, implica la fuerza ejercida en un campo gravitatorio expresado en unidades de fuerza como el newton. Sin embargo, desde 1908 se emplea el término peso atómico, que en la actualidad es más conocido como masa atómica relativa. Es decir, son sinónimos.
Los átomos son tan pequeños, abundantes y diferentes, aun para un mismo elemento, que no es tarea fácil asignarles una magnitud física como la masa. Precisamente, con el tiempo ha variado la elección de la unidad que representa el peso o masa atómica de un elemento químico.
Inicialmente, se eligió como unidad de masa atómica la masa del átomo más pequeño, que es el átomo de hidrógeno (H). Se cambió posteriormente por la unidad de masa atómica del oxígeno natural 1/16, y después se prefirió su isótopo más ligero, el 16O.
Desde 1961, por la gran importancia del átomo del carbono (C), se eligió referir el peso atómico a su isótopo C-12. Además, el átomo de C es el elemento químico central o clave de la química orgánica y de la bioquímica.
Por eso, se puede definir como la cantidad entre la masa de un átomo de una clase determinada de isótopo y 1/12 de la masa del átomo de carbono.
¿En qué consiste el peso atómico?
Como peso atómico (PA) se conoce el peso promedio de las masas de los isótopos naturales que componen un elemento químico. El término hace referencia a la masa atómica relativa que poseen los átomos de cada uno de los elementos químicos.
Como se mencionó en el apartado inicial, el término peso atómico se usa tradicionalmente, pero en realidad es la masa atómica. Desde 1961, basado en el átomo de carbono-12, se adoptó su valor de 12 para la escala de los pesos atómicos relativos.
Entonces, la masa atómica es la suma de protones y neutrones que posee el átomo, siendo insignificante la masa aportada por los electrones. La masa atómica del hidrógeno (H), por ejemplo, es 1.00974 Da, y la del Magnesio (Mg) es 24.3050 Da.
Comparando, esto significa que los átomos del Mg son más pesados que los átomos del H: 24 veces más, exactamente. Cuando se necesita conocer los valores del peso o masa atómica de algún elemento químico, se puede consultar la tabla periódica.
Unidades
Una de las primeras unidades del peso atómico, uma, estaba expresada en 1/16 (0,0625) del peso de un átomo de oxígeno.
Esta unidad cambió con el descubrimiento de los isótopos naturales de un elemento a partir de 1912, por lo que ya no se podía ignorar los isótopos.
Actualmente, la unidad estándar de la masa atómica, o dalton, es 1/12 del peso del átomo del isótopo de 12C. Este es más estable y abundante que 13C y 14C.
Una unidad de masa atómica estandarizada es la masa de un nucleón (un protón o un neutrón) y equivale a 1 g/mol. Esta unificación o estandarización se realizó con un átomo de C-12 al cual se le asignan 12 unidades de masa atómica.
Y así, el peso atómico relativo o masa atómica se puede expresar en la actualidad en gramos por un mol de átomos.
¿Cómo se calcula el peso atómico?
Para determinar el peso atómico, primeramente debe calcularse la masa atómica del isótopo, que es la suma del número de protones y neutrones que posee determinado átomo.
No se toma en cuenta la cantidad de electrones que posee, ya que su masa es insignificante en comparación con las de los neutrones y protones.
Se hace lo mismo con cada isótopo del mismo elemento. Luego, conociendo su abundancia natural, se calcula una masa atómica promedio ponderado de todos los isótopos sumando el producto m∙A (m= masa atómica, y A la abundancia dividida entre 100).
Por ejemplo, supóngase que se tiene un cúmulo de átomos de hierro donde el 93% de ellos son 56Fe, mientras que el 5% son 54Fe y los 2% restantes 57Fe. Las masas atómicas ya están señaladas en las esquinas superior izquierda de los símbolos químicos. Calculando entonces:
56 (0.93) + 54 (0.05) + 57 (0.02) =55,92 g/mol átomos Fe
En ese cúmulo, el hierro tiene un peso atómico de 55,92. Pero, ¿qué hay del resto del todo el planeta Tierra o el resto del Universo? En el cúmulo apenas hay tres isótopos, cuyas abundancias cambian si se toma en consideración la Tierra, donde habrá más isótopos disponibles, y los cálculos se tornan más complicados.
Consideraciones
Para el cálculo del peso atómico de los elementos reportados en la tabla periódica debe tomarse en cuenta lo siguiente:
– Los isótopos que existen en la naturaleza del mismo elemento químico. Los átomos del mismo elemento químico que poseen diferente número de neutrones son los isótopos de ese elemento químico.
– En las muestras obtenidas de cada isótopo se toma en cuenta la masa atómica de cada uno de ellos.
– También es importante la abundancia relativa de cada uno de los isótopos para determinado elemento en las muestras encontradas en la naturaleza.
– Se puede hallar el valor del peso atómico de un átomo solo o presente en una muestra natural del elemento. O de un grupo de átomos, en el caso de isótopos del mismo elemento, determinando el peso atómico estándar o promedio.
– Para determinar el peso atómico estándar de los elementos químicos se consideraron uno o más isótopos del mismo elemento.
– Existen algunos elementos químicos, como el Francio (Fr) que no tienen isótopos estables y aún no tienen un peso atómico estandarizado.
Ejemplos
Consultando la tabla periódica de los elementos químicos se puede encontrar el peso atómico de un elemento químico, es decir, los que se han calculado considerando todos los isótopos estables (y por esa razón suelen tener muchos decimales).
Veamos algunos:
– Peso atómico del hidrógeno (H): 1.00797 u.m.a.
– Peso atómico del boro (B): 10.811 u.m.a.
– Peso atómico del oxígeno (O): 15.99 u.m.a.
– Peso atómico del hierro (Fe): 55.845 u.m.a.
– Peso atómico del níquel (Ni): 58.693 u.m.a.
– Peso atómico del oro (Au): 196.967 u.m.a.
– Peso atómico del cobre (Cu): 63.546 u.m.a.
– Peso atómico del aluminio (Al): 26.982 u.m.a.
– Peso atómico del helio (He): 4.0026 u.m.a.
– Peso atómico del zinc (Zn): 65.38 u.m.a.
No hay un peso atómico estándar en el caso de elementos no naturales o sintéticos que no tienen isótopos en la naturaleza, como el caso mencionado anteriormente del francio (Fr), el polonio (Po), radon (Ra), entre otros elementos químicos.
En estos casos, el peso atómico se limita a la suma del número de protones y neutrones de este elemento.
El valor del peso atómico se reporta entre paréntesis, lo que significa que no es un peso atómico estandarizado. Incluso, el valor del peso atómico estándar es susceptible de cambiar si se descubren más isótopos de determinado elemento.
Referencias
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. Atomic Weight Definition. Recuperado de thoughtco.com
- Jimenez, V. y Macarulla, J. (1984). Fisicoquímica Fisiológica.
- Whitten, K., Davis, R., Peck M. y Stanley, G. (2008). Química.
- Standard atomic weight. Recuperado de en.wikipedia.org
- Atomic Weights. Recuperado de iun.edu