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Una de las aplicaciones más importantes de las fuerzas eléctricas y magnéticas que actúan sobre partículas, es la determinación de masas isotópicas de todos los elementos. En los espectrógrafos tipo Dempster, se aceleran los isótopos cargados con un campo eléctrico , hasta adquirir una determinada energía. Después se introducen en un espacio en el que existe un campo magnético perpendicular a lavelocidad de los iones y, éstos se separan según sus masas. Midiendo los radios de las trayectorias descritas, podemos determinar su masa ( si conocemos su carga). Proponemos el siguiente problema:
 
     En un espectrómetro de masas tipo Demster, se ioniza Mg, acelerando luego los iones con una d.d.p. de 1000 V . Si el campo magnético existente en el semicírculo es de 0´2 T , se pide: a) Losradios de las trayectorias descritas por los iones   ,  y   con una carga +e , así como las distancias entre las líneas formadas por los isótopos sobre la placa fotográfica. Suponer que las masas atómicas de los isótopos son, en uma, iguales a sus números másicos. b) En otra situación, con una d.d.p. de 3000 V un ión desconocido con carga +e, describe una órbita semicircular de 13´67 cm de radio ¿cuál será su masa? ¿ De qué iones puede tratarse?.
   Datos  qe = 1´6 . 10-19C   ,    NA = 6´023 . 1023 mol-1





l espectrógrafo de masas, también conocido como espectrógrafo de Aston, se compone de un generador de iones, un campo eléctrico que produce su aceleración por medio de una diferencia de potencial, y un campo electromagnético que separa las partículas según su masa y su carga.Por último, una placa fotográfica captura la trayectoria desviada de los iones. Si los datos son tomados por un registro eléctrico, el dispositivo recibe el nombre de espectrómetro


El espectrógrafo de masas es un dispositivo experimental que permite separar iones de átomos y/o moléculas en función de su masa. Se compone de una cámara donde se producen los iones, un pequeño acelerador linealdonde un campo eléctrico les aplica una diferencia de potencial, y la zona de detección donde un campo magnético los separa, antes de que incidan sobre una placa de detección (normalmente una placa fotográfica). Lo inventó Aston (1877-1945) en 1919 y lo utilizó para identificar, separándolos en base a la diferencia de sus masas, un gran número de isótopos (hasta entonces desconocidos) de elementosno radiactivos. Así descubrió hasta 212 de los 287 isótopos naturales y aportó la regla que lleva su nombre, que afirma que los elementos atómicos de número impar no pueden tener más de dos isótopos estables. En 1922 recibió el premio Nobel de Química.

 
A la derecha se muestra un esquema simplificado del espectrógrafo de masas. Para investigar sus isótopos naturales se introduce un elemento,previamente vaporizado, en la cámara de ionización, donde se le inyectan electrones que ionizan sus átomos. Los iones obtenidos (positivos) son acelerados por el campo eléctrico E  y, después de pasar por el orificio de la placa negativa del acelerador, entran en la zona de detección, donde se les aplica un campo magnético B, perpendicular a su velocidad. La fuerza magnética de Lorentz curva sutrayectoria, dependiendo el radio de curvatura de la relación entre la masa y la carga de los iones. Así, por ejemplo, si el elemento analizado tiene tres isótopos naturales, el ión de cada uno (con masa diferente) se detectará en un lugar diferente de la placa, tal como se representa en el dibujo adjunto.
 



 
Las ecuaciones relevantes en este proceso son la expresión que relaciona laenergía cinética que adquieren los iones en el acelerador con el potencial eléctrico que se les aplica ahí (mv2/2=qV) y la expresión que calcula el radio de curvatura de la trayectoria circular que siguen los iones en la zona de detección (R=mv/qB). Combinando ambas, se obtiene la siguiente expresión para la relación entre la masa y la carga del ión:

 

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