quimica

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Relaciones de masa en las reacciones químicas

3.4 El espectrómetro de masas
El método más directo y exacto para determinar masas atómicas y moleculares es la espectrometría de masas. En un tipo de espectrómetro de masas, que se representa en la figura
3.3, una muestra en estado gaseoso se bombardea con un haz de electrones de alta energía.
Las colisionesentre los electrones y los átomos (o moléculas) en estado gaseoso producen
iones positivos al liberarse un electrón de cada átomo o molécula. Estos iones positivos (de
masa m y carga e) se aceleran al pasar entre dos placas con cargas opuestas. Los iones acelerados son desviados, por un imán, en una trayectoria circular. El radio de la trayectoria
depende de la relación que exista entre lacarga y la masa (es decir, e/m). Los iones con menor relación e/m describen una curva con mayor radio que los iones que tienen una relación
e/m mayor, de manera que se pueden separar los iones con cargas iguales pero distintas masas. La masa de cada ion (y por lo tanto del átomo o molécula original) se determina por la
magnitud de su desviación. Por último, los iones llegan al detector, que registrauna corriente para cada tipo de ion. La cantidad de corriente que se genera es directamente proporcional al número de iones, de modo que se puede determinar la abundancia relativa de los
isótopos.
El primer espectrómetro de masas, desarrollado en la década de 1920 por el físico inglés F. W. Aston? resulta muy rudimentario hoy día. Aun así demostró, sin lugar a dudas,
la existencia de losisótopos neón-20 (masa atómica 19.9924 uma y abundancia natural
90.92%) y neón-22 (masa atómica 21.9914 uma y abundancia natural 8.82%). Con el desarrollo de espectrómetros de masas más sofisticados y más sensibles, los científicos lograron
descubrir que el neón tiene un tercer isótopo estable con una masa atómica de 20.9940 uma
y una abundancia natural de 0.257 % (figura 3.4). Este ejemplo demuestrala gran importancia de la exactitud experimental en una ciencia cuantitativa como la química. Los primeros
experimentos no detectaron el isótopo neón-21 debido a que su abundancia natural es de sólo 0.257%. En otras palabras, en 10 000 átomos de Ne, sólo 26 son de neón-21. La masa de
las moléculas se puede determinar de manera similar mediante el espectrómetro de masas.

3.5 Composiciónporcentual de los compuestos
Como se ha visto, la fórmula de un compuesto indica el número de átomos de cada elemento presentes en cada unidad del compuesto. Sin embargo, suponga que se necesita verificar
la pureza de un compuesto para usarlo en un experimento de laboratorio. A partir de la
fórmula es posible calcular el porcentaje con que contribuye cada elemento a la masa total

2 FrancisWilliam Aston (1877-1 945). Químico y físico inglés. Recibió el premi o Nobel de Química en 1922 por
el desarrollo del espectómetro de masas .

Figura 3.3 Diag rama esquePantalla detectora

máti co de un tipo de espectrómetro de masas.

Muestra
gaseosa

Haz de iones

Im án

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3.5 Composición porcentual de Jos compuestos

Figura 3.4

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El espectro demasas de los tres isótopos del
neón.

i~Ne(8 . 82%)

TbNe(O.26%)

19

20

21

22

23

Masa atómica (urna)

del compuesto. De esta manera, al compararlo con el resultado de la composición porcentual obtenida experimentalmente con la muestra, se determina la pureza de la misma.
La composición porcentual en masa es el porcentaje en masa de cada elemento
presente en un compuesto. Lacomposición porcentual se obtiene al dividir la masa de cada elemento contenida en 1 mol del compuesto entre la masa molar del compuesto y multiplicando por 100%. De manera matemática, la composición porcentual de un elemento en
un compuesto se expresa como

composición porcentual de un elemento

=

n X masa molar del elemento

masa molar del compuesto

X

100 %
(3 .1)

donde n...