La masa atómica relativa (símbolo: Ar ; a veces abreviado RAM o ram ), también conocida por el sinónimo obsoleto peso atómico , es una cantidad física adimensional definida como la relación entre la masa promedio de átomos de un elemento químico en una muestra dada y la constante de masa atómica . La constante de masa atómica (símbolo: m u ) se define como1/12de la masa de un átomo de carbono-12 . [1] [2] Dado que ambas cantidades en la relación son masas, el valor resultante no tiene dimensiones. Estas definiciones siguen siendo válidas [3] : 134 incluso después de la redefinición de las unidades básicas del SI en 2019 . [a] [b]
Para una sola muestra dada, la masa atómica relativa de un elemento dado es la media aritmética ponderada de las masas de los átomos individuales (incluidos todos sus isótopos ) que están presentes en la muestra. Esta cantidad puede variar significativamente entre muestras porque el origen de la muestra (y por lo tanto su historia radiactiva o historia de difusión) puede haber producido combinaciones de abundancias isotópicas en proporciones variables. Por ejemplo, debido a una mezcla diferente de isótopos estables de carbono 12 y carbono 13 , una muestra de carbono elemental del metano volcánico tendrá una masa atómica relativa diferente a la recolectada de tejidos vegetales o animales.
La cantidad más común y más específica conocida como peso atómico estándar ( Ar ,estándar ) es una aplicación de los valores de masa atómica relativa obtenidos de muchas muestras diferentes. A veces se interpreta como el rango esperado de los valores de masa atómica relativa para los átomos de un elemento determinado de todas las fuentes terrestres, tomándose las diversas fuentes de la Tierra . [8] "Peso atómico" a menudo se utiliza de manera vaga e incorrecta como sinónimo de peso atómico estándar (incorrectamente porque los pesos atómicos estándar no provienen de una sola muestra). Sin embargo, el peso atómico estándar es la variante más publicada de la masa atómica relativa.
Además, el uso continuo del término "peso atómico" (para cualquier elemento) en contraposición a "masa atómica relativa" ha generado una controversia considerable desde al menos la década de 1960, principalmente debido a la diferencia técnica entre peso y masa en física. [9] Aún así, ambos términos están oficialmente sancionados por la IUPAC . El término "masa atómica relativa" parece estar reemplazando ahora a "peso atómico" como término preferido, aunque se sigue utilizando el término "peso atómico estándar " (a diferencia del más correcto " masa atómica relativa estándar ").
La masa atómica relativa está determinada por la masa atómica promedio, o la media ponderada de las masas atómicas de todos los átomos de un elemento químico particular que se encuentra en una muestra particular, que luego se compara con la masa atómica del carbono-12. [10] Esta comparación es el cociente de los dos pesos, lo que hace que el valor sea adimensional (sin unidad). Este cociente también explica la palabra relativo : el valor de masa de la muestra se considera relativo al del carbono-12.
Es sinónimo de peso atómico, aunque no debe confundirse con masa isotópica relativa . La masa atómica relativa también se utiliza con frecuencia como sinónimo de peso atómico estándar y estas cantidades pueden tener valores superpuestos si la masa atómica relativa utilizada es la de un elemento de la Tierra en condiciones definidas. Sin embargo, la masa atómica relativa (peso atómico) sigue siendo técnicamente distinta del peso atómico estándar debido a que se aplica únicamente a los átomos obtenidos de una sola muestra; Tampoco se limita a muestras terrestres, mientras que el peso atómico estándar promedia varias muestras, pero solo de fuentes terrestres. Por lo tanto, la masa atómica relativa es un término más general que puede referirse más ampliamente a muestras tomadas de ambientes no terrestres o ambientes terrestres altamente específicos que pueden diferir sustancialmente del promedio de la Tierra o reflejar diferentes grados de certeza (por ejemplo, en número de cifras significativas ). que los reflejados en pesos atómicos estándar.
Las definiciones predominantes de la IUPAC (tomada del " Libro de Oro ") son:
y
Aquí la "unidad de masa atómica unificada" se refiere a 1 ⁄ 12 de la masa de un átomo de 12 C en su estado fundamental . [13]
La definición IUPAC [1] de masa atómica relativa es:
La definición especifica deliberadamente " Un peso atómico...", ya que un elemento tendrá diferentes masas atómicas relativas dependiendo de la fuente. Por ejemplo, el boro de Turquía tiene una masa atómica relativa menor que el boro de California , debido a su diferente composición isotópica . [14] [15] Sin embargo, dado el costo y la dificultad del análisis de isótopos , es una práctica común sustituir los valores tabulados de pesos atómicos estándar , que son omnipresentes en los laboratorios químicos y que son revisados cada dos años por la Comisión de Abundancias Isotópicas de la IUPAC. y Pesos Atómicos (CIAAW). [dieciséis]
Las escalas relativas históricas más antiguas (anteriores a 1961) basadas en la unidad de masa atómica (símbolo: amu o amu ) utilizaban la masa isotópica relativa del oxígeno-16 o la masa atómica relativa del oxígeno (es decir, el peso atómico) como referencia. Consulte el artículo sobre la historia de la unidad de masa atómica unificada moderna para resolver estos problemas.
La comisión CIAAW de la IUPAC mantiene un valor de intervalo de expectativa para la masa atómica relativa (o peso atómico) en la Tierra denominado peso atómico estándar. El peso atómico estándar requiere que las fuentes sean terrestres, naturales y estables con respecto a la radiactividad. Además, existen requisitos para el proceso de investigación. Para 84 elementos estables, la CIAAW ha determinado este peso atómico estándar. Estos valores se publican ampliamente y se denominan vagamente "el" peso atómico de los elementos para sustancias de la vida real, como los productos farmacéuticos y el comercio.
Además, la CIAAW ha publicado valores abreviados (redondeados) y valores simplificados (para cuando las fuentes terrestres varían sistemáticamente).
La masa atómica ( m a ) es la masa de un solo átomo. Define la masa de un isótopo específico, que es un valor de entrada para la determinación de la masa atómica relativa.A continuación se ofreceun ejemplo de tres isótopos de silicio . Una unidad de masa conveniente para la masa atómica es el dalton (Da), que también se llama unidad de masa atómica unificada (u).
La masa isotópica relativa es la relación entre la masa de un solo átomo y la constante de masa atómica ( m u = 1 Da ). Esta relación no tiene dimensiones.
Las masas atómicas relativas modernas (un término específico para una muestra de elemento determinada) se calculan a partir de valores medidos de masa atómica (para cada nucleido ) y la composición isotópica de una muestra. Se dispone de masas atómicas muy precisas [17] [18] para prácticamente todos los nucleidos no radiactivos, pero las composiciones isotópicas son más difíciles de medir con alta precisión y están más sujetas a variaciones entre muestras. [19] [20] Por esta razón, las masas atómicas relativas de los 22 elementos mononucleidos (que son las mismas que las masas isotópicas de cada uno de los nucleidos naturales de estos elementos) se conocen con una precisión especialmente alta. Por ejemplo, existe una incertidumbre de sólo una parte en 38 millones para la masa atómica relativa del flúor , una precisión que es mayor que el mejor valor actual para la constante de Avogadro (una parte en 20 millones).
El cálculo se ejemplifica con el silicio , cuya masa atómica relativa es especialmente importante en metrología . El silicio existe en la naturaleza como una mezcla de tres isótopos: 28 Si, 29 Si y 30 Si. Las masas atómicas de estos nucleidos se conocen con una precisión de una parte en 14 mil millones para el 28 Si y aproximadamente una parte en mil millones para los demás. Sin embargo, el rango de abundancia natural de los isótopos es tal que la abundancia estándar sólo puede ser de aproximadamente ±0,001% (ver tabla).
El cálculo es el siguiente:
La estimación de la incertidumbre es complicada, [21] especialmente porque la distribución de la muestra no es necesariamente simétrica: las masas atómicas relativas estándar de la IUPAC se citan con incertidumbres simétricas estimadas, [22] y el valor para el silicio es 28,0855(3). La incertidumbre estándar relativa en este valor es 1 × 10 –5 o 10 ppm.
Aparte de esta incertidumbre por medición, algunos elementos tienen variación según las fuentes. Es decir, diferentes fuentes (agua del océano, rocas) tienen una historia radiactiva diferente y, por tanto, una composición isotópica diferente. Para reflejar esta variabilidad natural, la IUPAC tomó la decisión en 2010 de enumerar las masas atómicas relativas estándar de 10 elementos como un intervalo en lugar de un número fijo. [23]