Las tres formas de averiguar el peso atómico

Hay más de una manera de averiguar el peso atómico de un elemento, y el método que utilice dependerá de la información que disponga. Pero antes de explicar los métodos veamos el significado del peso atómico de un elemento.

La masa atómica es la suma de la masa de los protones, neutrones y electrones en un átomo, y el peso atómico es la masa atómica promedio en un grupo de átomos. Los electrones tienen una masa mucho menor que la de los protones y neutrones por lo que no se los tiene en cuenta en el cálculo, y la masa atómica es entonces la suma de la masa de los protones y los neutrones. 

Hay tres maneras de averiguar el peso atómico de un elemento, dependiendo de la información que se tenga. ¿Cuál utilizar? Depende de si se considera un solo átomo de un elemento o un grupo de átomos del mismo isótopo del elemento, una muestra natural del elemento o simplemente se necesita saber el valor estándar.

Cómo averiguar el peso atómico

El método que se puede utilizar para averiguar la masa atómica depende de si se considera un isótopo determinado, una muestra natural o una muestra que contiene una composición isotópica determinada.

Buscar el peso atómico en la tabla periódica de los elementos

El peso atómico es el número que se encuentra frecuentemente debajo del símbolo de un elemento, y es el promedio ponderado de las masas atómicas de todos los isótopos naturales de ese elemento.

Por ejemplo, si necesitamos conocer el peso atómico del carbono, primero identificamos su símbolo, que es C, y luego lo buscamos en la tabla periódica. El peso atómico es el número decimal que encontramos debajo del símbolo, y en este caso es aproximadamente 12.01. Hay que mencionar que, como es un promedio de las masas atómicas de los diferentes isótopos del carbono, las cifras significativas que se informan pueden variar.

El valor de peso atómico que se informa en una tabla periódica está en unidades de masa atómica o uma, pero para cálculos u otras aplicaciones generalmente se utiliza el peso atómico en unidades de gramos por mol (g/mol); en este caso el peso atómico del carbono sería 12.01 gramos por mol (g/mol).

Sumar los protones y neutrones de un isótopo

Para calcular el peso atómico de un solo átomo o de un isótopo de un elemento se debe sumar la masa de los protones y neutrones que componen su núcleo, aunque en éste caso el término apropiado es masa atómica, y no peso atómico.

Por ejemplo, veamos como se puede determinar el peso atómico de un isótopo de carbono que tiene 7 neutrones. En la tabla periódica se puede ver que el número atómico del carbono es 6, que coincide con el número de protones de su núcleo; entonces el peso atómico de éste isótopo de carbono será la suma de la masa de protones y neutrones, 6 + 7, o sea 13.

Calcular el promedio ponderado de las masas atómicas de los isótopos de un elemento

El peso atómico de un elemento es el promedio ponderado de la masa atómica de todos los isótopos del elemento; el factor de ponderación del promedio es la abundancia natural de cada isótopo. Es sencillo entonces calcular el peso atómico de un elemento.
Por lo general en estos casos se proporciona una lista de los isótopos del elemento con su masa atómica y su abundancia isotópica, expresada como fracción o como porcentaje. El procedimiento para calcular el peso atómico consiste en multiplicar la masa de cada isótopo por su abundancia y sumar el resultado de ésta operación para todos los isótopos que se consideran. Si la abundancia isotópica está expresada en porcentaje, hay que dividir el resultado final entre 100, o convertir el valor de porcentaje a fracción para cada isótopo.

Por ejemplo, si se tiene una muestra de átomos de carbono compuesta por 98% de ¹²C y 2 % de ¹³C; ¿cuál es el peso atómico de ésta muestra?

Primero hay que convertir la abundancia isotópica de porcentaje a fracción dividiendo cada valor entre 100. Entonces la abundancia isotópica del ¹²C será 0.98 y la del ¹³C será 0.02 (para verificar el cálculo se puede sumar el valor convertido de abundancia isotópica de cada isótopo, y el resultado deberá ser 1; en éste caso 0.98 + 0.02 = 1.00).

A continuación se multiplica la masa atómica de cada isótopo por la abundancia isotópica de cada isótopo en la muestra:

0.98 x 12 = 11.76
0.02 x 13 = 0.26

Y el valor final del peso atómico de carbono en ésta muestra se obtiene sumando los dos valores obtenidos:

11.76 + 0.26 = 12.02 g/mol

Se puede observar que el peso atómico obtenido es ligeramente más alto que el valor que se encuentra en la tabla periódica para el elemento carbono. ¿Cuál es la razón de ésta diferencia? La composición isotópica de la muestra que se consideró es diferente a composición isotópica natural del carbono, con una mayor participación de ¹³C, dado que el peso atómico obtenido es mayor al que se obtiene de la tabla periódica, aún teniendo en cuenta que la composición natural de carbono incluye un isótopo más pesado inestable, como el ¹⁴C. Hay que tener en cuenta que los pesos atómicos que informa la tabla periódica corresponden a la corteza terrestre y a la atmósfera, pero la composición isotópica puede ser diferente en el manto o en el núcleo de la Tierra, o en otros planetas y satélites como Marte y la Luna.

Se puede observar que los valores de peso atómico de cada elemento que informa la tabla periódica varían ligeramente debido a que los valores de fracción isotópica se actualizan permanentemente. En algunas tablas periódicas modernas se incluye el rango de variación de los valores de peso atómico.

Fuente

M.E. Wieser Atomic Weights of the elements. Pure Appl. Chem., V.78, pp. 2051, 2006.