quimica Configuraciòn electrònica

Guía 2
Actividad 4
Docente: Javier Alexander Prada Comas

Espectrometría de masas y abundancia isotópica
Objetivos
Calcular la masa y el porcentaje de abundancia isotópica en algunos elementos químicos.

Marco teórico
Los espectrómetros de masa son instrumentos que sirven para medir la relación carga/masa
de partículas con carga. Una muestra gaseosa a presión muy baja se bombardea con
electronesde energía. Esto causa la expulsión de electrones de algunas de las moléculas
gaseosas, formadas por iones positivos. Entonces los iones positivos se concentran en un
rayo muy fino y se aceleran mediante un campo eléctrico hacia un campo magnético. El
campo magnético desvía a los iones de su trayectoria en línea recta. El grado al cual se
desvía el haz de iones depende de cuatro factores:
1.Magnitud del voltaje acelerador (fuerza del campo eléctrico). Los altos voltajes
generan haces de partículas de movimiento muy rápido que se desvían menos que
los haces de partículas de movimiento más lento que los que producen voltajes
bajos.
2. Fuerza del campo magnético. Los campos potentes causan mayor desviación que
los campos débiles.
3. Masa de las partículas. Por inercia, las partículas pesadasse desvían menos que las
ligeras con la misma carga.

4.

Carga de las partículas. Las partículas de carga grande interactúan con más
intensidad frente a los campos magnéticos y, por consiguiente, se desvían más que
las partículas con masa igual pero de menor carga.

El espectrómetro de masas sirve para medir masas de isótopos así como su abundancia, esto
es, las cantidades relativas de losisótopos. El Helio se encuentra en la naturaleza casi
exclusivamente como 4He, y su masa atómica puede determinarse en un experimento como
el que se ilustra en la figura 1.
En el espectrómetro de masas, un haz de iones de Ne+ se separa en tres segmentos. El
espectrógrafo de masas de estos iones (una gráfica del número relativo de iones de cada
masa). Se muestra en la figura 1. Éste indica que el Neónse muestra en la naturaleza en
forma de tres isótopos:

20

Ne ,

21

Ne,

22

Ne. En la figura 2 se ve que el isótopo

20

Ne, con

masa de 19,99244 uma, es el más abundante ( el pico más alto). Corresponde a 90,48% de
los átomos. El

22

Ne, con masa de 21,99138 uma, constituye 9,25% y el

21

Ne con masa de

20,99384 uma, sólo contribuye con 0,27% de los átomos.
En la figura 1 se muestra unespectrómetro moderno. Algunos de los elementos como el
flúor y el fósforo, solo existen en la naturaleza en una forma única, sin embargo casi todos
los demás se encuentran en mezclas de isótopos.

Figura 1 .Espectrómetro de masas. En el espectrómetro de masas se ionizan moléculas gaseosas a baja presión
y se aceleran mediante un campo eléctrico, luego el haz de iones se hace pasar por un campomagnético. En
este campo, el haz se resuelve en sus componentes, cada cual contiene partículas de relación carga/masa igual.
Las partículas ligeras se desvían mucho más que las pesadas con la misma carga. En un haz que contiene
iones de 4He+

y

12

C

+,

los iones de 4He+ se desvían más que los más que los más pesados de

12

C+. El

espectrómetro que se muestra se calibra para detectar los iones de12C+. Si se modifica la magnitud del campo
eléctrico o del magnético, el haz 4He+

puede desplazarse de B a A para llegar al colector, sitio donde se

detecta. Las masas relativas de los iones se calculan a partir de los cambios necesarios para poner de nuevo en
foco al haz.

Espectro de masa del neón (sólo iones 1+). El neón se compone de tres isótopos de los
cuales el neón 20 es con mucho el másabundante (90.48%).
La masa de este isótopo, con cinco decimales es de 19.99244 uma con base en la escala
carbono 12 (escala

12

C). El número de cada pico corresponde a la fracción de todos los

iones Ne+ representado por el isótopo de esa masa.

Escala de masa atómica y masas atómicas
La escala de masa atómica se basa en la masa del isótopo de Carbono -12 (12C). Por
convención de la Unión...