Unidad de masa atómica

Masa 

es la cantidad de materia de un elemento.

Masa atómica: protones más neutrones.

Todos los aspectos cuantitativos de la química descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados.

Conceptualmente, masa atómica (m. a.) es la masa de un átomo, y la masa de un átomo en particular es la suma de las masas de sus protones y neutrones, y varía en los distintos isótopos.

Sabemos que los átomos de elementos distintos tienen distinta masa entre sí. Por ejemplo, un átomo de hidrógeno tiene distinta masa que un átomo de cobre. El átomo de cobre tiene más masa; por lo tanto, pesa más que el átomo de hidrógeno (tiene mayor peso atómico).

Los átomos son tan pequeños que no podemos medir (pesar) la masa de un átomo individualmente. No existe una balanza capaz de medir la masa de un solo átomo.

El mol 

permite “contar”  (conocer su número)  entidades químicas de forma indirecta cuando son pesadas. Esta medición se puede hacer porque los átomos de un determinado elemento siempre tienen la misma masa.

Para su comprensión, diremos que tal como el término “docena” hace referencia a una cantidad de doce elementos cualesquiera pero iguales entre sí, el mol representa el número 6,02 x 10²³ .

Unidad de masa atómica

Se la llama u.m.a., que quiere decir Unidad de Masa Atómica, aunque también puede encontrarse por su acrónimo inglés "a.m.u." (Atomic Mass Unit). Esta unidad también es llamada Dalton, en honor al químico con ese apellido, y simbolizada como Da. Esta última nomenclatura (Da) es la elegida por el Sistema Internacional de Magnitudes; sin embargo, el símbolo recomendado es simplemente "u".

Pero, ¿cuál es el valor de la u.m.a.?

Masa atómica: 63,54.

Por acuerdo científico, se ha definido que su valor es igual a la 1/12 (doceava) parte de la masa del isótopo 12 del átomo de Carbono y su valor se corresponde aproximadamente con la masa de un protón  (o un átomo)  de hidrógeno.

Entonces, cuando se muestra un valor (un número) como masa atómica  (o peso atómico) de un elemento,  ese número está indicando cuántas veces la masa de un átomo de ese elemento es mayor que la unidad de masa atómica. (Recuerden, por eso es masa atómica relativa,  pues se relaciona con una unidad, la u. m. a.

Para aclarar la idea de relativa, debemos tomar en cuenta que para cualquier medición que realizamos diariamente siempre consideramos una unidad de referencia.

Por ejemplo: cuando medimos el largo de una calle nuestra unidad de referencia es el metro.

Ya que mencionamos la Tabla Periódica, ¿qué leemos en ella cuando nos indica que la masa atómica del Cu = 63,54?

Debemos entender que nos dice que la masa de un átomo de Cu es 63,54 veces mayor que la u.m a., pero no que la masa de un átomo de Cu es 63,54 g

En el caso del hidrógeno, indica masa atómica del H = 1,00797,  debemos leer que la masa de un átomo de H es 1,00797 veces mayor que la u.m.a., pero no que la masa de un átomo de H es 1,00797 g.

Anteriormente dijimos que no existe una balanza capaz de medir la masa de un solo átomo.

Pero sí ha sido posible medir (pesar) la masa de una  gran cantidad de átomos y resulta que 6,02 x 10²³  u. m. a. pesan un gramo masa; o sea, un mol de u.m.a. pesa un gramo.

Masa atómica: 4,0026.

Ahora, la gran pregunta ¿Cuánto pesará un mol de cobre?

Con los antecedentes que ya tenemos, es muy fácil:

La masa atómica relativa (o peso atómico) del cobre es 63,54 veces mayor que la u.m a., por lo tanto, un mol de cobre pesa 63,54 gramos.

Y para entrar en calor, otra pregunta ¿cuántos moles de cobre hay en 120 gramos del metal?

Fácil: si un mol de cobre pesa 63,54 gramos, hago

63,54 g = 1 mol en el caso del cobre; pero esta correspondencia la podemos aplicar a cualquier elemento:

El peso atómico (masa atómica relativa) de cualquier elemento nos señala que ése es el peso en gramos (masa) de un mol de átomos (6,02 x 10²³ átomos) del elemento.

Por ejemplo, la Tabla Periódica nos muestra que el helioo tiene un peso atómico de 4,0026. Por consiguiente, un mol de átomos de helio pesa 4,0026 gramos/mol.

Interconversión entre masas, moles y número de partículas

Es necesario rastrear las unidades en los cálculos de interconversión de masas a moles.

A esto lo conocemos formalmente con el nombre de análisis dimensional.

Ejemplo:

Calcular la masa de 1,5 moles de cloruro de calcio

Fórmula química del cloruro de calcio = CaCl₂

Masa atómica del Ca = 40,078 u.m.a.

Masa atómica del Cl = 35,453 u.m.a.

Al ser un compuesto iónico no tiene peso molecular, sino peso fórmula..

Peso fórmula del CaCl₂ = (40,078) + 2(35,453) = 110,984 u.m.a.

De manera que, un mol de CaCl₂ tendrá una masa de 110,984 gramos. Y entonces, 1,5 moles de CaCl₂ pesarán:

(1,5 mol)(110,984 gramos/mol) = 166,476 gramos

Ejemplo:

Si tuviera 2,8 gramos de oro, ¿cuántos átomos de oro tendría?

Fórmula del oro: Au

Peso fórmula del Au = 196,9665 u.m.a.

Por lo tanto, 1 mol de oro pesa 196,9665 gramos.

De manera que, en 2,8 gramos de oro habrá:

(2,8 gramos)(1 mol/196,9665 gramos) = 0,0142 mol

Sabemos por medio del número de Avogadro que hay aproximadamente 6,02 x 1023 atomos/mol.

Por lo cual, en 0,0142 moles tendremos:

(0,0142 moles)(6,02x10²³ atomos/moles) = 8,56x10²¹ átomos