Peso atómico

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El peso atómico (también llamado masa atómica relativa) (símbolo: Ar) es una cantidad física adimensional definida como la razón del promedio de las masas de los átomos de un elemento (de una muestra dada o fuente) a 112 de la masa de un átomo de carbono-12 (conocida como una unidad de masa atómica unificada).

El concepto se utiliza generalmente sin mayor calificación para referirse al peso atómico estándar, que a intervalos regulares publica la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).[1] [2] Se pretende que sean aplicables a materiales de laboratorios normales.

Los valores de estos pesos atómicos estándares están reimpresos en una amplia variedad de libros de texto, catálogos comerciales, pósters, etc. Para describir esta cantidad física se puede usar también la expresión «masa atómica relativa». Desde por lo menos 1860[3] y hasta la década de 1960, el uso continuado de la locución ha atraído una controversia considerable[4] (véase más adelante).

A diferencia de las masas atómicas (las masas de los átomos individuales), los pesos atómicos no son constantes físicas. Varían de una muestra a otra. Sin embargo, en muestras «normales» son suficientemente constantes para ser de importancia fundamental en química. No se debe confundir al peso atómico con la masa molecular.

Definición[editar]

La definición IUPAC[5] del peso atómico es:

Un peso atómico (masa atómica relativa) de un elemento de una fuente especificada es la razón de la masa media por átomo del elemento a 1/12 de la masa de un átomo 12C.

En la definición, enfáticamente se especifica «un peso atómico…», puesto que, según sea la fuente, un elemento tiene diferentes pesos atómicos. Por ejemplo, debido a diferente composición isotópica, el boro de Turquía tiene un peso atómico menor que el boro de California.[6] [7] Sin embargo, dados el costo y las dificultades del análisis isotópico, es usual el uso de valores tabulados de pesos atómicos estándares, que son ubicuos en laboratorios químicos.

En 1960 se introdujo una unidad denominada unidad de masa atómica, definida como 1/12 de la masa de carbono 12. Se representa con el símbolo u; de este modo, 12C = 12u. La tabla de los pesos atómicos relativos se basa ahora en la masa atómica de 12C = 12.

Así mismo, la masa molar de una molécula es la masa de un mol de esas moléculas (sus unidades en química son g/mol), se obtiene multiplicando la masa atómica relativa por la constante de masa molar. Por definición un mol es el número de átomos que están contenidos en exactamente 12 gramos de carbono de masa isotópica 12 (12C). A este número se le denomina número de Avogadro. El valor más exacto que se conoce hasta ahora de él es 6,0221367x1023.

Controversia en el nombre[editar]

Entre los científicos el uso del nombre «peso atómico» ha generado gran controversia.[4] Comúnmente, quienes lo objetan prefieren la expresión «masa atómica relativa» (no confundir con masa atómica). La objeción básica es que el peso atómico no es propiamente peso, que es la fuerza ejercida en un objeto en un campo gravitacional, medido en unidades de fuerza tales como el newton.

En réplica, los que apoyan el concepto «peso atómico» opinan (entre otros argumentos)[4] que "el nombre ha estado en uso continuo para la misma cantidad desde que fue conceptualizado por primera vez por John Dalton en 1808."[8]

  • La mayor parte del tiempo, los pesos atómicos realmente se han medido pesando (esto es, por análisis gravimétrico). El nombre de una cantidad física debería no variar simplemente porque el método de su determinación ha cambiado.
  • La locución «masa atómica relativa» debería reservarse para la masa de un nucleido específico (o isótopo).
  • Es muy común encontrar nombres mal propuestos para cantidades físicas, que se mantienen por razones históricas, como:
  1. Fuerza electromotriz, que no es fuerza.
  2. Poder de resolución, que no es una cantidad de potencia.
  3. Concentración molar, que no es una cantidad molar (una cantidad expresada por unidad de cantidad de sustancia).

Podría agregarse que el peso atómico suele no ser verdaderamente «atómico» siquiera, puesto que no corresponde a un átomo individual. El mismo argumento puede plantearse contra el término «masa atómica relativa» cuando se usa en este sentido.

Determinación de los pesos atómicos[editar]

Los pesos atómicos modernos se calculan a partir de valores medidos de masa atómica, de cada núclido, según su composición isotópica. Hay disponibilidad de datos sumamente precisos de masas atómicas[9] [10] de virtualmente todos los núclidos no radioactivos. Las composiciones isotópicas son más difíciles de medir a un alto grado de precisión, ya que están sujetas a variaciones entre muestras.[11] [12]

Por esta razón los pesos atómicos de los veintidós elementos mononucleicos se conocen con una precisión especialmente alta, con incertidumbre de sólo una parte en 38 millones en el caso del flúor: precisión mayor que el mejor valor actual de la constante de Avogadro: una parte en 20 millones.

Isótopo Masa atómica[10] Abundancia (%)[11]
Estándar Intervalo
28Si 27.976 926 532 46(194) 92.2297(7) 92.21–92.25
29Si 28.976 494 700(22) 4.6832(5) 4.69–4.67
30Si 29.973 770 171(32) 3.0872(5) 3.10–3.08

Se ejemplifica el cálculo del silicio, cuyo peso atómico es especialmente importante en metrología. En la naturaleza, de este elemento existe una mezcla de tres isótopos: 28Si, 29Si y 30Si.

Las masas atómicas de estos núclidos se conocen a una precisión de una parte en 14 mil millones para el 28Si; de los restantes, una parte por mil millones. Sin embargo, el intervalo de abundancia natural de los isótopos es tal que la abundancia estándar está determinada hasta aproximadamente ±0,001% (véase tabla adjunta). El cálculo es:

Ar(Si) = (27.97693 × 0.922297) + (28.97649 × 0.046832) + (29.97377 × 0.030872) = 28.0854

La estimación de la incertidumbre es complicada,[13] especialmente dado que la distribución de la muestra no es necesariamente simétrica: los pesos atómicos estándares de la IUPAC están indicados con incertidumbres simétricas estimadas,[14] y el valor referente al silicio es 28,0855 (referencia 3). La incertidumbre estándar relativa en este valor es 1×10–5 o 10 ppm (partes por millón).

Relación de elementos por orden alfabético con sus pesos atómicos[editar]

Como se ha indicado anteriormente, el peso atómico de cada elemento se calcula en función de la proporción en la que sus isótopos estables aparecen en la corteza terrestre (es decir, para cada isótopo se agrega el peso de sus protones y el peso de sus neutrones, y se calcula la media ponderada en función de la abundancia en la que aparece cada isótopo). Así, elementos con un sólo isótopo estable, o con un determinado isótopo en una proporción muy preponderante, tienen su correspondiente peso atómico único. En cambio, no es posible establecer el peso atómico de aquellos elementos que no poseen isótopos estables (por ser radiactivos), que en la tabla siguiente aparecen con el signo "(-)".

Desde el año 2010, la IUPAC decidió atribuir un intervalo de pesos atómicos a 10 elementos (hidrógeno, litio, boro, carbono, nitrógeno, oxígeno, silicio, azufre, cloro y talio),[15] (posteriormente se ha ampliado esta lista hasta 12, añadiendo el bromo y el magnesio) reflejando de forma más precisa cómo estos elementos se hallan en la naturaleza. Por ejemplo, para el azufre se utilizaba anteriormente el peso atómico 32,065; con la nueva tabla, se indica que este valor puede estar entre [32,05 y 32,08], en función de la procedencia de la muestra con la que se esté trabajando.

Elemento UMA Elemento UMA Elemento UMA Elemento UMA Elemento UMA Elemento UMA
Actinio
(-)
Cesio
132,9
Fósforo
30,97
Livermorio
(-)
Platino
195,1
Sodio
22,99
Aluminio
26,98
Circonio
91,22
Francio
(-)
Lutecio
175,0
Plomo
207,2
Talio
[204,3-204,4]
Americio
(-)
Cloro
[35,44-35,46]
Gadolinio
157,3
Magnesio
[24,30-24,31]
Plutonio
(-)
Tantalio
180,9
Antimonio
121,8
Cobalto
58,93
Galio
69,72
Manganeso
54,94
Polonio
(-)
Tecnecio
(-)
Argón
39,95
Cobre
63,55
Germanio
72,63
Meitnerio
(-)
Potasio
39,10
Telurio
127,6
Arsénico
74,92
Copernicio
(-)
Hafnio
178,5
Mendelevio
(-)
Praseodimio
140,9
Terbio
158,9
Ástato
(-)
Cromo
52,00
Hassio
(-)
Mercurio
200,6
Prometio
(-)
Titanio
47,87
Azufre
[32,05-32,08]
Curio
(-)
Helio
4,003
Molibdeno
95,95
Protactinio
231,0
Torio
232,0
Bario
137,3
Darmstadtio
(-)
Hidrógeno
[1,007-1,009]
Neodimio
144,2
Radio
(-)
Tulio
168,9
Berilio
9,012
Disprosio
162,5
Hierro
55,85
Neón
20,18
Radón
(-)
Ununoctio
(-)
Berkelio
(-)
Dubnio
(-)
Holmio
164,9
Neptunio
(-)
Renio
186,2
Ununpentio
(-)
Bismuto
209,0
Einsteinio
(-)
Indio
114,8
Niobio
92,91
Rodio
102,9
Ununseptio
(-)
Bohrio
(-)
Erbio
167,3
Iodo
126,9
Níquel
58,69
Roentgenio
(-)
Ununtrio
(-)
Boro
[10,80-10,83]
Escandio
44,96
Iridio
192,2
Nitrógeno
[14,00-14,01]
Rubidio
85,47
Uranio
238,0
Bromo
[79,90-79,91]
Estaño
118,7
Iterbio
173,0
Nobelio
(-)
Rutenio
101,1
Vanadio
50,94
Cadmio
112,4
Estroncio
87,62
Itrio
88,91
Oro
197,0
Rutherfordio
(-)
Wolframio
183,8
Calcio
40,08
Europio
152,0
Kriptón
83,80
Osmio
190,2
Samario
150,4
Xenón
131,3
Californio
(-)
Fermio
(-)
Lantano
138,9
Oxígeno
[15,99-16,00]
Seaborgio
(-)
Zinc
65,38
Carbono
[12,00-12,02]
Flerovio
(-)
Lawrencio
(-)
Paladio
106,4
Selenio
78,97
Cerio
140,1
Flúor
19,00
Litio
[6,938-6,997]
Plata
107,9
Silicio
[28,08-28,09]

Tabla periódica con pesos atómicos[editar]

En correspondencia con el listado anterior, se incluye a continuación la tabla periódica (IUPAC; año 2016) con la relación de elementos químicos (del 1 al 118) y sus correspondientes pesos atómicos[16] expresados en Unidades de Masa Atómica:

H
[1,007-1,009]
He
4,003
Li
[6,938-6,997]
Be
9,012
B
[10,80-10,83]
C
[12,00-12,02]
N
[14,00-14,01]
O
[15,99-16,00]
F
19
Ne
20,18
Na
22,99
Mg
[24,30-24,31]
Al
26,98
Si
[28,08-28,09]
P
30,97
S
[32,05-32,08]
Cl
[35,44-35,46]
Ar
39,95
K
39,1
Ca
40,08
Sc
44,96
Ti
47,87
V
50,94
Cr
52
Mn
54,94
Fe
55,85
Co
58,93
Ni
58,69
Cu
63,55
Zn
65,38
Ga
69,72
Ge
72,63
As
74,92
Se
78,97
Br
[79,90-79,91]
Kr
83,8
Rb
85,47
Sr
87,62
Y
88,91
Zr
91,22
Nb
92,91
Mo
95,95
Tc Ru
101,1
Rh
102,9
Pd
106,4
Ag
107,9
Cd
112,4
In
114,8
Sn
118,7
Sb
121,8
Te
127,6
I
126,9
Xe
131,3
Cs
132,9
Ba
137,3
*
Hf
178,5
Ta
180,9
W
183,8
Re
186,2
Os
190,2
Ir
192,2
Pt
195,1
Au
197
Hg
200,6
Tl
[204,3-204,4]
Pb
207,2
Bi
209
Po At Rn
Fr Ra **
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
*
La
138,9
Ce
140,1
Pr
140,9
Nd
144,2
Pm Sm
150,4
Eu
152
Gd
157,3
Tb
158,9
Dy
162,5
Ho
164,9
Er
167,3
Tm
168,9
Yb
173
Lu
175
**
Ac Th
232
Pa
231
U
238
Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr


Pesos atómicos hasta el año 2010:

En esta tabla, sustituida por la anterior, cada elemento aparece con un único peso atómico en UMA (entonces no se habían introducido los intervalos de peso). Todavía puede ser útil para determinaciones que no requieran una precisión considerable, y para comprobar cálculos y fuentes bibliográficas anteriores al año 2010:

H
1,0079
He
4,003
Li
6,941
Be
9,012
B
10,811
C
12,011
N
14,007
O
15,999
F
19
Ne
20,18
Na
22,99
Mg
24,305
Al
26,98
Si
28,086
P
30,97
S
32,065
Cl
35,453
Ar
39,95
K
39,1
Ca
40,08
Sc
44,96
Ti
47,87
V
50,94
Cr
52
Mn
54,94
Fe
55,85
Co
58,93
Ni
58,69
Cu
63,55
Zn
65,38
Ga
69,72
Ge
72,63
As
74,92
Se
78,97
Br
79,904
Kr
83,8
Rb
85,47
Sr
87,62
Y
88,91
Zr
91,22
Nb
92,91
Mo
95,95
Tc Ru
101,1
Rh
102,9
Pd
106,4
Ag
107,9
Cd
112,4
In
114,8
Sn
118,7
Sb
121,8
Te
127,6
I
126,9
Xe
131,3
Cs
132,9
Ba
137,3
*
Hf
178,5
Ta
180,9
W
183,8
Re
186,2
Os
190,2
Ir
192,2
Pt
195,1
Au
197
Hg
200,6
Tl
204,38
Pb
207,2
Bi
209
Po At Rn
Fr Ra **
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
*
La
138,9
Ce
140,1
Pr
140,9
Nd
144,2
Pm Sm
150,4
Eu
152
Gd
157,3
Tb
158,9
Dy
162,5
Ho
164,9
Er
167,3
Tm
168,9
Yb
173
Lu
175
**
Ac Th
232
Pa
231
U
238
Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr


Véase también[editar]

Enlaces externos[editar]

Referencias[editar]

  1. la última edición es International Union of Pure and Applied Chemistry (2006). «Atomic Weights of the Elements 2005». Pure Appl. Chem. 79 (11): 2051-66. doi:10.1351/pac200678112051. 
  2. La lista actualizada de los pesos atómicos estándares se espera que sea publicada formalmente a fines del 2008. La Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights de la IUPAC anunció en agosto del 2007 que los pesos atómicos estándares de los siguientes elementos serían revisados (se indican los nuevos valores): lutecio 174,9668(1); molibdeno 95,96(2); níquel 58,6934(4); iterbio 173,054(5); zinc 65,38(2). El valor recomendado para la relación de cantidad de isótopos de 40Ar/36Ar (que podría ser muy útil como un medición de control en fechado argón-argón) también fue cambiado de su valor de 296,03(53) a 298,56(31).
  3. Wurtz's Account of the Sessions of the International Congress of Chemists in Karlsruhe, on 3, 4, and 5 September 1860.
  4. a b c de Bièvre, P.; Peiser, H.S. (1992). «'Atomic Weight'—The Name, Its History, Definition, and Units». Pure Appl. Chem. 64 (10): 1535-43. doi:10.1351/pac199264101535. 
  5. International Union of Pure and Applied Chemistry (1980). «Atomic Weights of the Elements 1979». Pure Appl. Chem. 52: 2349-84. 
  6. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1984), Chemistry of the Elements, Oxford: Pergamon, pp. pp. 21, 160, ISBN 0-08-022057-6 
  7. International Union of Pure and Applied Chemistry (2003). «Atomic Weights of the Elements: Review 2000». Pure Appl. Chem. 75 (6): 683-800. doi:10.1351/pac200375060683. 
  8. Dalton , John (1808). A New System of Chemical Philosophy. Manchester. 
  9. National Institute of Standards and Technology. Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements.
  10. a b Wapstra, A.H.; Audi, G.; Thibault, C. (2003), «The AME2003 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data, adjustment procedures», Nucl. Phys. A 729: 129-336, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.002  Wapstra, A.H.; Audi, G.; Thibault, C. (2003), «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references», Nucl. Phys. A 729: 337-676, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003  Tablas de datos.
  11. a b International Union of Pure and Applied Chemistry (1998), «Isotopic Compositions of the Elements 1997», Pure Appl. Chem. 70 (1): 217-35, doi:10.1351/pac199870010217 
  12. International Union of Pure and Applied Chemistry (2002), «Isotopic Abundance Variations Of Selected Elements», Pure Appl. Chem. 74 (10): 1987-2017 
  13. Meija, Juris; Mester, Zoltan (2008). «Uncertainty propagation of atomic weight measurement results». Metrologia 45: 53-62. doi:10.1088/0026-1394/45/1/008. 
  14. Holden, Norman E. (2004). «Atomic Weights and the International Committee—A Historical Review». Chemistry International 26 (1): 4-7. 
  15. Biología.com (15 de diciembre de 2010). «Los pesos atómicos de algunos elementos de la tabla periódica cambiarán por primera vez en la historia». Consultado el 21 de febrero de 2016. 
  16. IUPAC (8 de enero de 2016.). «IUPAC Periodic Table of the Elements» (en inglés). Consultado el 21 de febrero de 2016.