Indice de contenidos
- 1 ¿Qué es un isotopo o que son los isotopos?
- 2 Conceptos básicos, número atómico, masa atómica y número de masa de un átomo
- 3 Espectrometría de masas y abundancia isotópica
- 4 ¿Qué es un espectrómetro de masas?
¿Qué es un isotopo o que son los isotopos?
Definición de isotopos, los isotopos son átomos del mismo elemento pero con masas diferentes, son átomos que tienen el mismo número de protones pero no así el mismo número de neutrones. Esa es la razón por la cual existe una diferencia o una variación en el peso atómico del elemento.
Dicho de otra manera, lo que caracteriza o diferencia a un isotopo de un átomo común, es que en su núcleo se encuentra una cantidad distinta de neutrones, pero mantienen la misma cantidad de protones.
Una vez que hayamos aclarada la definición o concepto de masa atómica, en esta misma publicación, podremos mostrar de forma más simple un ejemplo de un isotopo.
Los tres isotopos del hidrogeno
Fijemos nuestra atención en la tabla que tenemos a continuación, la cual ofrece la respuesta a la pregunta hecha una vez por uno de nuestros alumnos, “¿Cuántos isotopos tiene el hidrogeno?”:
| Nombre | Símbolo | Símbolo del nucleído | Masa (uma) | Abundancia Atómica en la naturaleza | N° protones | N° neutrones | N° electrones en el átomo neutro | |||||
| Hidrogeno | $H$ | $_{1}^{1}\textrm{H}$ | $1.007825$ | $99.985$% | $1$ | $0$ | $1$ | |||||
| Deuterio | $D$ | $_{1}^{2}\textrm{H}$ | $2.01400$ | $0.015$% | $1$ | $1$ | $1$ | |||||
| Tritio* | $T$ | $_{1}^{3}\textrm{H}$ | $3.01605$ | $0.000$% | $1$ | $2$ | $1$ |
Si notamos, vemos tres clases de átomo de hidrogeno que comúnmente llamamos hidrogeno, deuterio y tritio, los cuales representan sus isotopos y que a diferencia del resto de los elementos, los isotopos del hidrogeno cuentan con un nombre particular para cada uno de ellos. Es decir, para el resto de los elementos químicos, sus isotopos tienen el mismo nombre que el de su átomo principal.
Como podemos notar, cada uno de ellos contiene un protón en su núcleo atómico. Sin embargo, el hidrogeno, tal cual como lo conocemos no tiene neutrones en su núcleo atómico, mientras que el Deuterio contiene $1$ y el Titrio $2$, lo cual explica perfectamente la diferencia del valor la unidad de masa atómica (uma).
Conceptos básicos, número atómico, masa atómica y número de masa de un átomo
A continuación mencionaremos algunos conceptos o definiciones que nos permitirán manejar el tema que estamos abordando con total dominio. Concretamente, nos referimos a:
- Definición de número de masa de un átomo
- Concepto de número atómico
- Definición de masa atómica
- Símbolo del núclido
El número de masa
¿En química, que es el número de masa?, bien, este concepto o definición será determinante para ti de ahora en adelante ya que será un valor que te permitirá desarrollar los próximos temas con total libertad.
La definición del número de masa en química, hace referencia a la suma de protones y neutrones presentes en el núcleo de un átomo. Dicho de otra forma, el número de masa de un átomo es la suma de protones y neutrones en su núcleo, tal y como lo indica la siguiente formula a continuación.
$Número \, de\, masa\, =\, número\, de\, protones + número \, de\, neutrones$
Más adelante, en esta misma lectura veras algunos ejemplos de cómo calcular el número de masa de un átomo o isotopo.
Aunque también, puedes visitar nuestra guía de ejercicios resueltos de configuración electrónica, donde encontraras un apartado dedicado a esta sección, con ejercicios en los cuales se explica paso a paso el procedimiento para determinar el número de masa de un elemento.
Definición de Numero atómico
El número atómico de un elemento es un número entero que señala la cantidad de protones que existen en el núcleo, este a su vez define la identidad del elemento.
Junto al siguiente concepto daremos lugar a la representación de esta información o interpretación del símbolo del núclido.
¿A qué se le llama masa atómica o cual es la definición del número de masa atómica?
La masa atómica o el número de masa atómica nos refiere a la masa promedio de las masas de los isotopos que constituyen un elemento. También se entiende por definición de masa atómica a la masa relativa de los átomos de elementos diferentes.
Símbolo del núclido
El símbolo del núclido nos indica la composición de un elemento, nos aporta información sobre su número atómico, es decir, la cantidad de protones y sobre su número de masa, que no es más que la suma del número de protones junto al número de neutrones.
La representación se hace de la siguiente forma:
$\LARGE _{Z}^{A}\textrm{E}$ $\therefore$ $Z$ representa el número atómico, $A$ representa el número de masa y $E$ el elemento en estudio.
De esta forma, podemos representar los isotopos del hidrogeno de la siguiente forma:
- Hidrogeno: $\LARGE _{1}^{1}\textrm{H}$
- Deuterio: $\LARGE _{1}^{2}\textrm{H}$
- Titrio: $\LARGE _{1}^{3}\textrm{H}$
Quedando expuestos de la misma manera como lo habíamos señalado en la tabla inicial.
Para reforzar lo que hasta ahora hemos visto, vamos a emplear uno de los ejercicios expuesto en nuestra guía de ejercicios de estructura de los átomos y configuración electrónica.
Ejercicio para determinar la composicion atomica de un elemento
Basados en la lectura que hemos tenido y sumado a lo que ya hemos captado del tema de Estructura atomica…
· Determine el número de protones, neutrones y electrones de las siguientes especies
| $(a)\, _{35}^{17}\textrm{Cl}$ | y | $ _{37}^{17}\textrm{Cl}$ | $(b)\, _{63}^{29}\textrm{Cu}$ | y | $_{65}^{29}\textrm{Cu}$ |
Solución
Del estudio previo al tema sabemos que, el número que está en la parte baja izquierda del núclido representa el número atómico de dicho elemento y que el número que está en la parte superior izquierda nos sugiere el número de masa del elemento, es decir, la suma de neutrones y protones. Y que el número de electrones del átomo queda expresado como la diferencia entre la carga del átomo y el número de electrones, es decir, la cantidad de electrones $=$ carga del átomo $-$ el número de protones.
Recordemos: Numero de masa $=$ número de protones $+$ número de neutrones
O lo que es lo mismo, Numero de masa $=$ número de atómico $+$ cantidad de neutrones
Con esta información podemos determinar si los elementos que nos señalan en el apartado $(a)$ y $(b)$ son el mismo o se trata de elementos diferentes.
Comencemos.
$ _{35}^{17}\textrm{Cl}$
Numero atómico $= 17$ por lo que podemos asumir que existe la misma cantidad en protones.
Número de masa $=35$ $\therefore$ asuminos que existen $17$ protones y $18$ neutrones y al no haber alguna carga adicional evidente se asumen que existe la misma cantidad de electrones, $17$.
Ilustrando lo que hemos hecho
Numero de masa $=$ número de protones $+$ número de neutrones
Numero de masa $=35=17+18$
$ _{37}^{17}\textrm{Cl}$
En este notamos una leve diferencia.
El número de masa $=37$ $\therefore$ sabemos que existen $17$ protones y $20$ neutrones. La cantidad de electrones es igual a la cantidad de protones debido a que no existe una carga evidente que sugiera una variación en la cantidad de electrones.
En concreto, podemos decir que son isotopos del mismo elemento.
Lo mismo ocurre para los elementos siguientes: $ _{63}^{29}\textrm{Cu}$ y $_{65}^{29}\textrm{Cu}$
Para el $ _{63}^{29}\textrm{Cu}$ existen $29$ protones y su número de masa es $69$ $\therefore$ asumimos que existen $34$ neutrones y una cantidad de electrones igual a la de los protones, es decir, $29$, afirmamos esto al no existir una carga evidente que altere al elemento.
En cambio, para el $_{65}^{29}\textrm{Cu}$ notamos que existen $29$ protones y $36$ neutrones y una carga de electrones igual a la de los protones, $29$.
De modo que para este, también podemos afirmar que son isotopos del mismo elemento.
Espectrometría de masas y abundancia isotópica
Cuando hablamos de espectrometría de masas, nos referimos a la acción concreta del espectrómetro masas, instrumento donde se ionizan las moléculas gaseosas a baja presión y se aceleran mediante un campo eléctrico para luego ser hacer pasar el haz de iones por un campo magnético.
Pero esto no queda solo aquí, esta es; quizás una definición de espectrometría de masas un tanto escuálida. Por lo que nos resulta prudente tomarnos el atrevimiento de desarrollar este tema, junto a este de número de masa e isotopos debido a que guardan cierta relación entre sí.
¿Qué es un espectrómetro de masas?
Los espectrómetros de masa son instrumentos que nos permiten medir la relación carga/masa de partículas cargadas o partículas con carga.
¿Espectrómetro de masas, cómo funciona?
La forma en cómo funciona un espectrómetro de masas es la siguiente:
A una presión muy baja se procede a realizar el bombardeo de electrones de alta energía a una muestra gaseosa. Este proceso genera la expulsión de electrones de algunas de las moléculas gaseosas, formando iones positivos.
Estos iones positivos son concentrados en un rayo muy fino y se aceleran mediante un campo eléctrico hacia un campo magnético.
El campo magnético desvía la trayectoria de los electrones en línea recta. Este desvió que sufre el haz de iones varia en grados de acuerdo a cuatro factores:
Magnitud del voltaje del acelerador (Fuerza del campo eléctrico)
Fuerza del campo magnético
Masa de las partículas
Carga de las partículas
Apoyo bibliográfico
Ya sabes que nos gusta ir bien, asi que con tu educación no vamos a improvisar. El contenido de este texto se encuentra respaldado en:
Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales, Volumen 1
Asi mismo, como los libros mencionados en la parte inferior de nuestra web y por suepuesto, nuestro análisis y criterio acerca del tema.
Otros temas que te pueden interesar:
Deja un comentario