¿Qué es una Unidad de Masa Atómica o UMA?

La unidad de masa atómica (uma), también llamada unidad unificada de masa atómica o dalton (Da), es una unidad de masa muy pequeña utilizada para expresar la masa de los átomos en términos de la masa de un átomo del isótopo 12 del carbono. Se define como la doceava parte de la masa del átomo de carbono-12 cuando este no está enlazado a ningún otro átomo.

La definición de la unidad de masa atómica le asigna al átomo de carbono-12 una masa de exactamente 12 uma. Utilizando esta unidad, la masa de todos los demás átomos queda expresada como un múltiplo o submúltiplo de la masa del átomo de carbono-12. Por esta razón, al momento de su creación, la unidad de masa atómica no era más que otra escala relativa de masa atómica, similar a otras que ya se habían postulado hasta ese entonces. Sin embargo, cuando se determinó la masa real del átomo de carbono y se pudo establecer así el valor absoluto de la unidad de masa atómica, la uma pasó a ser una escala absoluta de masa tal como lo son el gramo, la libra y la tonelada.

El valor de la unidad de masa atómica

El concepto y valor de la unidad de masa atómica está ligado al concepto original que Avogadro propuso para el mol. Él definió al mol como la cantidad de partículas que hay en exactamente 12 gramos de una muestra 100% pura del isótopo de carbono-12. En su momento, este número no se conocía, pero hoy en día sí; su valor se denomina el número de Avogadro y vale aproximadamente 6,022.10²³ (el valor actualmente aceptado para este número es exactamente 6,0221367.10²³ partículas por mol).

Una vez determinado el número de Avogadro se puede conocer la masa de un solo átomo de carbono 12. Al dividir dicho valor entre 12 se obtiene el valor de la unidad de masa atómica. La relación es muy sencilla:

Si, por definición, un mol de átomos de cabono-12 pesa exactamente 12 gramos, y sabemos que en 1 mol hay 6,0221367.10²³ átomos, entonces cada átomo de carbono-12 pesa:

Ahora, utilizando la definición de la unidad de masa atómica, obtenemos:

Por lo tanto, la unidad de masa atómica tiene un valor de 1,660540.10^-27kg

¿Por qué usar la uma?

Cualquier masa, incluida la de un átomo, se puede expresar en cualquier unidad de masa, desde gramos, libras y onzas hasta toneladas métricas; sin embargo, algunas resultan más convenientes que otras dependiendo del caso. Por ejemplo, es común representar nuestro propio peso en libras o en kilogramos, pero no en toneladas. Tampoco expresaríamos la masa de un Boeing 747 en gramos o en miligramos; probablemente lo haríamos en toneladas.

Utilizando esta misma lógica, y considerando que los átomos son extremadamente pequeños, no conviene utilizar ninguna de estas unidades para expresar la masa atómica. Por eso existe la unidad de masa atómica, ya que permite representar de una manera más conveniente la masa de los átomos.

Como los átomos son muy pequeños, era de esperarse que la unidad de masa atómica fuera igualmente pequeña.

La unidad de masa atómica y el número de masa

Una coincidencia a la vez afortunada y desafortunada es que la definición de la unidad de masa atómica hace que las masas de los átomos expresadas tengan un valor numérico muy similar al conocido número de masa. Este último indica el número total de nucleones, es decir, de protones y neutrones que están presentes en el núcleo de un átomo. De hecho, en el caso del átomo de carbono-12, el 12 indica justamente el número de masa y, solo para este átomo, este número coincide exactamente con la masa del átomo expresada en uma.

Como el núcleo del carbono-12 contiene 6 protones y 6 neutrones, la unidad de masa atómica representa, de cierta manera, una masa promedio entre ambos nucleones. Por esta razón, para la mayoría de los átomos el número de masa resulta muy similar a su masa atómica expresada en uma. Sin embargo, no son lo mismo, ni se refieren siquiera a las mismas cantidades físicas. El número de masa no es una masa, aunque su nombre lo sugiera.

La masa atómica versus la masa molar de un átomo

Finalmente, cabe hacer una aclaratoria adicional en torno a los términos peso atómico, masa atómica y masa molar de un átomo. Al hablar de peso atómico o de masa atómica nos referimos al peso o la masa de un solo átomo. Por ejemplo, expresada en dalton, la masa atómica del carbono-12 es 12uma, como ya vimos antes.

Sin embargo, es frecuente que muchos estudiantes digan, erróneamente, que la masa atómica del carbono es 12 g o, peor, 12 g/mol. El primer error es considerablemente grave, ya que se está diciendo que un solo átomo de carbono, algo tan pequeño que solo puede verse a través de los microscopios más avanzados del mundo, tiene una masa de 12 g, lo que bien podría ser equivalente a una cucharada grande de azúcar.

El segundo error es mucho más común, tanto que muchos químicos profesionales lo cometen: se está confundiendo la masa atómica (o sea, la masa de un átomo) con la masa molar de un átomo (es decir, la masa de un mol de átomos). La confusión surge del hecho de que, debido a la definición de la unidad de masa atómica y del mol, la masa molar en g/mol es numéricamente igual a la masa atómica en uma.

Ejemplos del uso de la unidad de masa atómica

• La masa de un átomo de carbono-13 en unidades de masa atómica es 13,003355 uma.
• La masa atómica promedio del elemento carbono (no de un átomo en particular de carbono) es de 12,0107 uma (esta consiste en el promedio ponderado de las masas de los isótopos naturales de carbono, el C-12 y el C-13).
• El polímero PG5 es la molécula más grande jamás creada por el hombre y tiene una masa de más de 200 millones de dalton o uma. En la siguiente imagen se muestra la estructura del monómero que lo constituye.

• La molécula de ADN del genoma humano posee aproximadamente 3,3 mil millones de pares de bases, y una masa de aproximadamente 2,2.10¹² uma.

• La masa de una persona que pesa 75 kg en unidades de masa atómica es 4,417.10²⁸ uma.

Referencias

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• Integrated DNA Technologies (s.f.). Molecular Facts and Figures. Recuperado de https://sfvideo.blob.core.windows.net/sitefinity/docs/default-source/biotech-basics/molecular-facts-and-figures.pdf?sfvrsn=4563407_4
• Lazalde, A. (2011). PG5, la molécula más grande jamás creada. Recuperado de https://hipertextual.com/2011/01/pg5-la-molecula-mas-grande-jamas-creada
• Marín-Becerra, Armando, & Moreno-Esparza, Rafael. (2010). Masas relativas y el mol: Una demostración simple de un concepto difícil. Educación química, 21(4), 287-290. Recuperado en 13 de julio de 2021, de http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2010000400005&lng=es&tlng=es.
• Veldhiuis, D. (2011). Tree-like giant is largest molecule ever made (2011). New Scientist . Recuperado de https://www.newscientist.com/article/dn19931-tree-like-giant-is-largest-molecule-ever-made/