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La masa atómica relativa (símbolo: A r ) o peso atómico es una cantidad física adimensional definida como la relación entre la masa promedio de átomos de un elemento químico en una muestra dada y la constante de masa atómica . La constante de masa atómica (símbolo: m u ) se define como1/12de la masa de un átomo de carbono-12 . [1] [2] Dado que ambas cantidades en la relación son masas, el valor resultante es adimensional; por tanto, se dice que el valor es relativo .

Para una sola muestra dada, la masa atómica relativa de un elemento dado es la media aritmética ponderada de las masas de los átomos individuales (incluidos sus isótopos ) que están presentes en la muestra. Esta cantidad puede variar sustancialmente entre muestras porque el origen de la muestra (y por lo tanto su historial radioactivo o historial de difusión) puede haber producido combinaciones únicas de abundancias isotópicas . Por ejemplo, debido a una mezcla diferente de isótopos estables de carbono-12 y carbono-13 , una muestra de carbono elemental de metano volcánico tendrá una masa atómica relativa diferente a la recogida de tejidos vegetales o animales.

La cantidad más común y más específica conocida como peso atómico estándar ( A r, estándar ) es una aplicación de los valores de masa atómica relativa obtenidos de múltiples muestras diferentes. A veces se interpreta como el rango esperado de los valores de masa atómica relativa para los átomos de un elemento dado de todas las fuentes terrestres, y las diversas fuentes se toman de la Tierra . [3] El "peso atómico" se usa a menudo de manera imprecisa e incorrecta como sinónimo de peso atómico estándar (incorrectamente porque los pesos atómicos estándar no son de una sola muestra). El peso atómico estándar es, sin embargo, la variante de masa atómica relativa más publicada.

Además, el uso continuo del término "peso atómico" (para cualquier elemento) en oposición a "masa atómica relativa" ha atraído una controversia considerable desde al menos la década de 1960, principalmente debido a la diferencia técnica entre peso y masa en física. [4] Aún así, ambos términos están oficialmente sancionados por la IUPAC . El término "masa atómica relativa" ahora parece estar reemplazando "peso atómico" como el término preferido, aunque el término " peso atómico estándar " (en contraposición al más correcto " masa atómica relativa estándar ") continúa utilizándose.

Definición

La masa atómica relativa está determinada por la masa atómica promedio, o la media ponderada de las masas atómicas de todos los átomos de un elemento químico particular que se encuentra en una muestra particular, que luego se compara con la masa atómica del carbono-12. [5] Esta comparación es el cociente de los dos pesos, lo que hace que el valor sea adimensional (sin unidad). Este cociente también explica la palabra relativo : el valor de masa de la muestra se considera relativo al del carbono-12.

Es sinónimo de peso atómico, aunque no debe confundirse con masa isotópica relativa . La masa atómica relativa también se utiliza con frecuencia como sinónimo de peso atómico estándar.y estas cantidades pueden tener valores superpuestos si la masa atómica relativa utilizada es la de un elemento de la Tierra en condiciones definidas. Sin embargo, la masa atómica relativa (peso atómico) sigue siendo técnicamente distinta del peso atómico estándar debido a su aplicación solo a los átomos obtenidos de una sola muestra; tampoco está restringido a muestras terrestres, mientras que el peso atómico estándar promedia múltiples muestras, pero solo de fuentes terrestres. La masa atómica relativa es, por tanto, un término más general que puede referirse más ampliamente a muestras tomadas de entornos no terrestres o entornos terrestres muy específicos que pueden diferir sustancialmente del promedio de la Tierra o reflejar diferentes grados de certeza (por ejemplo, en número de cifras significativas) que los reflejados en pesos atómicos estándar.

Definición actual

Las definiciones predominantes de la IUPAC (tomadas del " Libro de oro ") son:

peso atómico - Ver: masa atómica relativa [6]

y

masa atómica relativa (peso atómico) : la relación entre la masa promedio del átomo y la unidad de masa atómica unificada. [7]

Aquí, la "unidad de masa atómica unificada" se refiere a 1 ⁄ 12 de la masa de un átomo de 12 C en su estado fundamental . [8]

La definición de la IUPAC [1] de masa atómica relativa es:

Un peso atómico (masa atómica relativa) de un elemento de una fuente específica es la relación entre la masa promedio por átomo del elemento y 1/12 de la masa de un átomo de 12 C.

La definición especifica deliberadamente " Un peso atómico ...", ya que un elemento tendrá diferentes masas atómicas relativas dependiendo de la fuente. Por ejemplo, el boro de Turquía tiene una masa atómica relativa menor que el boro de California , debido a su diferente composición isotópica . [9] [10] No obstante, dado el costo y la dificultad del análisis de isótopos , es una práctica común sustituir los valores tabulados de los pesos atómicos estándar , que son omnipresentes en los laboratorios químicos y que son revisados ​​cada dos años por la Comisión de Abundancias Isotópicas de la IUPAC. y pesos atómicos (CIAAW).[11]

Uso histórico

Las escalas relativas históricas más antiguas (anteriores a 1961) basadas en la unidad de masa atómica (símbolo: amu o amu ) usaban la masa isotópica relativa de oxígeno-16 o la masa atómica relativa de oxígeno (es decir, el peso atómico) como referencia. Consulte el artículo sobre la historia de la unidad de masa atómica unificada moderna para la resolución de estos problemas.

Peso atómico estándar

La comisión CIAAW de la IUPAC mantiene un valor de intervalo esperado para la masa atómica relativa (o peso atómico) en la Tierra llamado peso atómico estándar. El peso atómico estándar requiere que las fuentes sean terrestres, naturales y estables con respecto a la radiactividad. Además, existen requisitos para el proceso de investigación. Para 84 elementos estables, CIAAW ha determinado este peso atómico estándar. Estos valores se publican ampliamente y se denominan vagamente "el" peso atómico de los elementos para sustancias de la vida real como los productos farmacéuticos y el comercio comercial.

Además, la CIAAW ha publicado valores abreviados (redondeados) y valores simplificados (para cuando las fuentes terrestres varían sistemáticamente).

Otras medidas de la masa de los átomos

Masa atómica ( m un ) es la masa de un solo átomo, con la unidad de Da o u (la dalton ). Define la masa de un isótopo específico, que es un valor de entrada para la determinación de la masa atómica relativa. A continuación se ofrece un ejemplo de tresisótopos de silicio .

La masa isotópica relativa es específicamente la relación entre la masa de un solo átomo y la masa de una unidad de masa atómica unificada. Este valor también es relativo y, por tanto, adimensional.

Determinación de la masa atómica relativa

Las masas atómicas relativas modernas (un término específico para una muestra de elemento determinada) se calculan a partir de los valores medidos de la masa atómica (para cada nucleido ) y la composición isotópica de una muestra. Se dispone de masas atómicas de alta precisión [12] [13] para prácticamente todos los nucleidos no radiactivos, pero las composiciones isotópicas son más difíciles de medir con alta precisión y están más sujetas a variaciones entre muestras. [14] [15] Por esta razón, las masas atómicas relativas de los 22 elementos mononuclídicos(que son las mismas que las masas isotópicas para cada uno de los nucleidos de estos elementos de origen natural) se conocen con una precisión especialmente alta. Por ejemplo, hay una incertidumbre de solo una parte en 38 millones para la masa atómica relativa del flúor , una precisión que es mayor que el mejor valor actual para la constante de Avogadro (una parte en 20 millones).

IsótopoMasa atómica [13]Abundancia [14]
EstándarAbarcar
28 Si27,976 926 532 46 (194)92,2297 (7)%92,21–92,25%
29 Si28,976 494 700 (22)4.6832 (5)%4,67–4,69%
30 Si29.973 770 171 (32)3.0872 (5)%3,08–3,10%

El cálculo se ejemplifica para el silicio , cuya masa atómica relativa es especialmente importante en metrología . El silicio existe en la naturaleza como una mezcla de tres isótopos: 28 Si, 29 Si y 30 Si. Las masas atómicas de estos nucleidos se conocen con una precisión de una parte entre 14 mil millones para el 28 Si y aproximadamente una parte entre mil millones para los demás. Sin embargo, el rango de abundancia natural de los isótopos es tal que la abundancia estándar solo se puede dar a aproximadamente ± 0,001% (ver tabla).

El cálculo es el siguiente:

A r (Si) = (27,976 93 × 0,922297) + (28,976 49 × 0,046832) + (29.973 77 × 0.030872) = 28.0854

La estimación de la incertidumbre es complicada, [16] especialmente porque la distribución de la muestra no es necesariamente simétrica: las masas atómicas relativas estándar de la IUPAC se cotizan con incertidumbres simétricas estimadas, [17] y el valor del silicio es 28,0855 (3). La incertidumbre estándar relativa en este valor es 1 × 10 –5 o 10 ppm.

Aparte de esta incertidumbre por medición, algunos elementos tienen variaciones sobre las fuentes. Es decir, diferentes fuentes (agua del océano, rocas) tienen una historia radiactiva diferente y una composición isotópica diferente. Para reflejar esta variabilidad natural, la IUPAC tomó la decisión en 2010 de enumerar las masas atómicas relativas estándar de 10 elementos como un intervalo en lugar de un número fijo. [18]

Ver también

  • Possolo, Antonio; van der Veen, Adriaan MH; Meija, Juris; Brynn Hibbert, D. (4 de enero de 2018). "Interpretación y propagación de la incertidumbre de los pesos atómicos estándar (Informe técnico IUPAC)" . Consultado el 8 de febrero de 2019 .
  • Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC)
  • Comisión de Abundancias Isotópicas y Pesos Atómicos (CIAAW)

Referencias

  1. ^ a b Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (1980). "Pesos atómicos de los elementos 1979" (PDF) . Pure Appl. Chem. 52 (10): 2349–84. doi : 10.1351 / pac198052102349 .
  2. ^ Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (1993). Cantidades, unidades y símbolos en química física , 2ª edición, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 . pag. 41. Versión electrónica. 
  3. ^ Definición de muestra de elemento
  4. ↑ de Bièvre, Paul; Peiser, H. Steffen (1992). " ' Peso atómico': el nombre, su historia, definición y unidades" (PDF) . Química pura y aplicada . 64 (10): 1535–43. doi : 10.1351 / pac199264101535 .
  5. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " masa atómica relativa ". doi : 10.1351 / goldbook.R05258
  6. ^ Libro de oro de la IUPAC - peso atómico
  7. ^ Libro de oro de la IUPAC - masa atómica relativa (peso atómico), A r
  8. ^ Libro de oro de la IUPAC - unidad de masa atómica unificada
  9. ^ Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1984). Química de los elementos . Oxford: Pergamon Press . págs. 21, 160. ISBN 978-0-08-022057-4.
  10. ^ Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (2003). "Pesos atómicos de los elementos: revisión 2000" (PDF) . Pure Appl. Chem. 75 (6): 683–800. doi : 10.1351 / pac200375060683 .
  11. ^ Libro de oro de la IUPAC - pesos atómicos estándar
  12. ^ Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . Pesos atómicos y composiciones isotópicas para todos los elementos .
  13. ^ a b Wapstra, AH; Audi, G .; Thibault, C. (2003), The AME2003 Atomic Mass Evaluation (edición en línea), Centro Nacional de Datos Nucleares. Residencia en:
    • Wapstra, AH; Audi, G .; Thibault, C. (2003), "La evaluación de la masa atómica AME2003 (I)", Física nuclear A , 729 : 129–336, Bibcode : 2003NuPhA.729..129W , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.002
    • Audi, G .; Wapstra, AH; Thibault, C. (2003), "La evaluación de la masa atómica AME2003 (II)", Física nuclear A , 729 : 337–676, Bibcode : 2003NuPhA.729..337A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.003
  14. ^ a b Rosman, KJR; Taylor, PDP (1998), "Composiciones isotópicas de los elementos 1997" (PDF) , Química pura y aplicada , 70 (1): 217–35, doi : 10.1351 / pac199870010217
  15. ^ Coplen, TB; et al. (2002), "Variaciones de abundancia isotópica de elementos seleccionados" (PDF) , Química pura y aplicada , 74 (10): 1987-2017, doi : 10.1351 / pac200274101987
  16. ^ Meija, Juris; Mester, Zoltán (2008). "Propagación de la incertidumbre de los resultados de la medición del peso atómico". Metrologia . 45 (1): 53–62. Código Bibliográfico : 2008Metro..45 ... 53M . doi : 10.1088 / 0026-1394 / 45/1/008 .
  17. ^ Holden, Norman E. (2004). "Pesos atómicos y el Comité internacional: una revisión histórica" . Química Internacional . 26 (1): 4–7.
  18. ^ "Cambios en la tabla periódica" . Archivado desde el original el 15 de julio de 2019.

Enlaces externos

  • Comisión de la IUPAC sobre abundancias isotópicas y pesos atómicos
  • NIST masas atómicas relativas de todos los isótopos y los pesos atómicos estándar de los elementos
  • Pesos atómicos estándar