Page 114 - Quimica - Undécima Edición

84 CAPÍTULO 3 Relaciones de masa en las reacciones químicas

3.4 Espectrómetro de masas

El método más directo y exacto para determinar masas atómicas y moleculares es la
espectrometría de masas. En el espectrómetro de masas, presentado en la fi gura 3.3, una
muestra en estado gaseoso se bombardea con un haz de electrones de alta energía. Las
colisiones entre 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 trayec-
toria depende de la relación que exista entre la carga 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 registra una 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
2
inglés F. W. Aston, resulta muy rudimentario hoy día. Aun así demostró, sin lugar a dudas,
la existencia de los isótopos 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 sofi sticados y más sensibles, los científi cos
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% (fi gura 3.4). Este ejemplo demuestra la
gran importancia de la exactitud experimental en una ciencia cuantitativa como la quími-
ca. Los primeros experimentos no detectaron el isótopo neón-21 debido a que su abun-
dancia natural es de sólo 0.257%. En otras palabras, en 10 000 átomos de Ne, sólo 26
Tenga en cuenta que es posible deter-
minar la masa molar de un compuesto son de neón-21. La masa de las moléculas se puede determinar de manera similar median-
sin conocer su fórmula química. te el espectrómetro de masas.

Revisión de conceptos
Explique cómo el espectrómetro de masas permite a los químicos determinar la masa
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atómica promedio del cloro, que tiene dos isótopos estables ( Cl y Cl).

2
Francis William Aston (1877-1945). Químico y físico inglés. Recibió el Premio Nobel de Química en 1922 por
el desarrollo del espectrómetro de masas.

Figura 3.3 Diagrama
Pantalla detectora
esquemático de un espectrómetro
de masas. Placas aceleradoras
Haz de electrones
Muestra
gaseosa

Haz de iones Imán
Filamento