Ejemplo con un alumno inventado: tu actividad se guarda solo en este navegador. Salir del ejemplo

← U4 · El átomo: estructura, isótopos e iones

Física y Química 3.º ESO · La masa atómica relativa

La unidad de masa atómica y la masa atómica en la tabla periódica

Objetivo: Al terminar, sabrás definir la unidad de masa atómica, leer masas atómicas en la tabla periódica y usarlas para comparar las masas de distintos átomos.

Explicación

Los átomos pesan muy poco

Un átomo de carbono-12 tiene una masa de unos $0{,}0000000000000000000000000199$ kg, es decir, $1{,}99 \cdot 10^{-26}$ kg. Trabajar con números así es muy incómodo, por eso los químicos usan una unidad a la medida de los átomos.

La unidad de masa atómica (u)

Unidad de masa atómica (u): la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12. $1\ \text{u} \approx 1{,}66 \cdot 10^{-27}\ \text{kg}$

Así, un átomo de carbono-12 tiene una masa de exactamente 12 u.

Masas aproximadas de las partículas:

Partícula	Masa
protón	$\approx 1$ u
neutrón	$\approx 1$ u
electrón	$\approx 0{,}00055$ u (unas 1836 veces menor que la del protón)

Por eso, la masa de un átomo está casi toda en el núcleo y la masa de un isótopo, en u, es aproximadamente su número másico: el aluminio-27 tiene unas 27 u, el oxígeno-16 unas 16 u.

Masa atómica relativa

La masa atómica relativa de un elemento ( $A_r$ ) indica cuántas veces es mayor la masa de sus átomos que la unidad de masa atómica. Es un número sin unidades (o, si se expresa en u, es la masa del átomo en u). Por ejemplo, $A_r(\text{O}) = 16{,}00$ : un átomo de oxígeno tiene una masa de 16,00 u.

Leer masas atómicas en la tabla periódica

En cada casilla de la tabla periódica aparece la masa atómica del elemento. Algunas:

Elemento	Masa atómica	Elemento	Masa atómica
H	1,008	S	32,06
C	12,01	Cl	35,45
N	14,01	K	39,10
O	16,00	Ca	40,08
Na	22,99	Fe	55,85
Mg	24,31	Cu	63,55
Al	26,98	Au	196,97

En los problemas se suelen redondear (H = 1; C = 12; O = 16; Na = 23; Cl = 35,5…).

¿Por qué casi ninguna es un número entero, ni siquiera la del carbono? Porque cada elemento es una mezcla de isótopos, y la masa de la tabla es una media (lo verás en la siguiente parte de la clase).

No confundas la masa atómica (12,01 para el carbono, con decimales) con el número másico (12, 13 o 14, un número entero que cuenta partículas de un isótopo concreto).

Puntos clave

La unidad de masa atómica (u) es la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12: $1\ \text{u} \approx 1{,}66 \cdot 10^{-27}$ kg.
Protón y neutrón tienen una masa de aproximadamente 1 u; la del electrón es casi despreciable.
La masa de un isótopo, en u, es aproximadamente su número másico.
La masa atómica relativa ( $A_r$ ) indica cuántas veces es mayor la masa de un átomo que 1 u; aparece en la tabla periódica.
Las masas atómicas de la tabla tienen decimales porque son medias de los isótopos del elemento.

Errores frecuentes

ErrorConfundir la masa atómica (con decimales, en la tabla) con el número másico $A$ (entero).
Cómo corregirlo $A$ cuenta protones + neutrones de un isótopo concreto; la masa atómica es la masa media de los átomos del elemento.
ErrorPensar que la unidad de masa atómica se define a partir del hidrógeno.
Cómo corregirloSe define con el carbono-12: 1 u es la doceava parte de su masa.
ErrorSumar la masa de los electrones como si pesaran lo mismo que los protones.
Cómo corregirloUn electrón tiene unas 1836 veces menos masa que un protón: en la masa del átomo casi no cuenta.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. ¿Cuánto pesa un átomo de carbono? numérico (notación científica)
a) Calcula la masa en kilogramos de un átomo de carbono-12 ( $1\ \text{u} = 1{,}66 \cdot 10^{-27}$ kg). b) ¿Cuántos átomos de carbono-12 habría en 1 g de carbono-12? c) ¿Por qué crees que los químicos prefieren dar la masa en u?

Resolución
a) $m = 12\ \text{u} \cdot 1{,}66 \cdot 10^{-27}\ \dfrac{\text{kg}}{\text{u}} = 1{,}99 \cdot 10^{-26}\ \text{kg}$ .

b) $1\ \text{g} = 10^{-3}$ kg. Número de átomos $= \dfrac{10^{-3}\ \text{kg}}{1{,}99 \cdot 10^{-26}\ \text{kg}} \approx 5{,}0 \cdot 10^{22}$ átomos: ¡unos 50 000 trillones!

c) Porque las masas en kg son números diminutos e incómodos; en u son números sencillos (12 u para el carbono-12, 16 u para el oxígeno-16…).
Ejemplo 2. Comparar átomos con la tabla lectura de la tabla periódica
Usa la tabla de masas atómicas de la explicación. a) ¿Cuál es la masa de un átomo de azufre, en u? ¿Y la de uno de oxígeno? b) ¿Cuántas veces es más pesado un átomo de azufre que uno de oxígeno? c) ¿Cuántas veces es más pesado un átomo de hierro que uno de oxígeno?

Resolución
a) Azufre: 32,06 u. Oxígeno: 16,00 u.

b) $\dfrac{32{,}06}{16{,}00} \approx 2{,}00$ : un átomo de azufre tiene el doble de masa que uno de oxígeno.

c) $\dfrac{55{,}85}{16{,}00} \approx 3{,}49$ : un átomo de hierro tiene unas 3,5 veces la masa de uno de oxígeno.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Busca en la tabla periódica (o en la tabla de la explicación) la masa atómica de: a) sodio; b) magnesio; c) cloro; d) calcio; e) cobre. Redondea cada una a la unidad (o a 0,5 si acaba en ,5).

Ver solución
a) 22,99 ≈ 23. b) 24,31 ≈ 24. c) 35,45 ≈ 35,5. d) 40,08 ≈ 40. e) 63,55 ≈ 63,5.
Leemos los valores: Na 22,99; Mg 24,31; Cl 35,45; Ca 40,08; Cu 63,55. Redondeados: 23; 24; 35,5; 40; 63,5.
2. Fácil
¿Verdadero o falso? Corrige las falsas. a) 1 u es la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12. b) La masa de un electrón es parecida a la de un protón. c) La masa atómica del cloro (35,45) es su número másico. d) Un átomo de oxígeno-16 tiene una masa de aproximadamente 16 u.

Ver solución
a) V. b) F: es unas 1836 veces menor. c) F: el número másico es entero (35 o 37); 35,45 es la masa media. d) V.
a) Verdadero. b) Falso: el electrón tiene unas 1836 veces menos masa que el protón. c) Falso: el cloro tiene isótopos de número másico 35 y 37; 35,45 es su masa atómica media. d) Verdadero: 8 protones + 8 neutrones ≈ 16 u.
3. Media
a) ¿Cuál es, aproximadamente, la masa en u de un átomo de aluminio-27? ¿Por qué? b) Calcula su masa en kg ( $1\ \text{u} = 1{,}66 \cdot 10^{-27}$ kg).

Ver solución
a) Unas 27 u, porque tiene 27 partículas en el núcleo (13 p + 14 n) de aproximadamente 1 u cada una. b) $4{,}48 \cdot 10^{-26}$ kg.
a) Protones y neutrones tienen aproximadamente 1 u y los electrones casi no cuentan: $\approx 27$ u. b) $27 \cdot 1{,}66 \cdot 10^{-27} = 44{,}82 \cdot 10^{-27} = 4{,}48 \cdot 10^{-26}$ kg.
4. Difícil
a) Un átomo de un elemento tiene el doble de masa que un átomo de oxígeno ( $A_r = 16{,}00$ ). ¿Cuál es su masa atómica? ¿Qué elemento puede ser? b) Otro átomo tiene una masa de $9{,}27 \cdot 10^{-26}$ kg. Exprésala en u e identifica el elemento con la tabla.

Ver solución
a) Unas 32 u: azufre (32,06). b) ≈ 55,8 u: hierro (55,85).
a) $2 \cdot 16{,}00 = 32{,}00$ u. En la tabla, el elemento con masa atómica más próxima es el azufre (32,06). b) $\dfrac{9{,}27 \cdot 10^{-26}\ \text{kg}}{1{,}66 \cdot 10^{-27}\ \text{kg/u}} \approx 55{,}8$ u → hierro (55,85).

Para practicar más

1. Fácil
Escribe la masa atómica de estos elementos y redondéala: hidrógeno, carbono, nitrógeno, potasio.

Ver solución
H 1,008 ≈ 1; C 12,01 ≈ 12; N 14,01 ≈ 14; K 39,10 ≈ 39.
Leídos en la tabla: H 1,008; C 12,01; N 14,01; K 39,10. Redondeados: 1, 12, 14 y 39.
2. Media
¿Cuántas veces es más pesado: a) un átomo de cobre que uno de carbono? b) un átomo de magnesio que uno de carbono? c) un átomo de calcio que uno de helio ( $A_r = 4{,}003$ )?

Ver solución
a) ≈ 5,29 veces. b) ≈ 2,02 veces. c) ≈ 10,0 veces.
a) $\dfrac{63{,}55}{12{,}01} \approx 5{,}29$ . b) $\dfrac{24{,}31}{12{,}01} \approx 2{,}02$ . c) $\dfrac{40{,}08}{4{,}003} \approx 10{,}0$ .
3. Media
El oro tiene una masa atómica de 196,97. a) ¿Cuál es la masa de un átomo de oro en kg? b) ¿Cuántas veces es más pesado que un átomo de hidrógeno (1,008)?

Ver solución
a) $3{,}27 \cdot 10^{-25}$ kg. b) Unas 195 veces.
a) $196{,}97 \cdot 1{,}66 \cdot 10^{-27} \approx 3{,}27 \cdot 10^{-25}$ kg. b) $\dfrac{196{,}97}{1{,}008} \approx 195$ veces.
4. Difícil
La unidad de masa atómica se define a partir del carbono-12, cuya masa es exactamente 12 u. Sin embargo, en la tabla periódica la masa atómica del carbono es 12,01. ¿Por qué? ¿Qué te dice esto sobre los isótopos del carbono en la naturaleza?

Ver solución
Porque el carbono natural es una mezcla de carbono-12 (la mayoría) y una pequeña parte de carbono-13 (y trazas de carbono-14); la masa de la tabla es la media, algo mayor que 12.
La masa de la tabla no es la de un isótopo, sino la media de los átomos de carbono de la naturaleza. Casi todos son carbono-12 (12 u), pero alrededor de un 1 % es carbono-13 (≈ 13 u), que tiene más masa, y eso sube un poco la media hasta 12,01. Como 12,01 está muy cerca de 12, el carbono-12 es, con mucho, el isótopo más abundante.