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Abrir el simulador

Isótopos de neón, cloro, carbono o magnesio separados por campos eléctricos y magnéticos.
¿Cómo se sabe que el cloro natural es una mezcla de átomos de masa 35 y 37? ¿O cómo se detecta una sustancia dopante en una muestra de orina? Con un espectrómetro de masas: un aparato que ioniza los átomos o moléculas, los selecciona por velocidad y los hace girar en un campo magnético. Como el radio de giro depende de la masa, cada isótopo llega a un punto distinto del detector.

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Lo que vas a aprender

  • Cómo funciona un selector de velocidades con campos cruzados.
  • El radio de giro de un ion en un campo magnético.
  • Por qué el espectrómetro mide en realidad la relación m/qm/q.
  • Qué son los isótopos y su abundancia natural.

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Cómo se usa el simulador

  • Muestra: neón, cloro, carbono o magnesio. Carga: iones con una (+1) o dos cargas (+2).
  • El dibujo es una vista desde arriba con el campo saliendo de la pantalla. En el selector, los iones demasiado rápidos o lentos se desvían (líneas discontinuas) y chocan con las placas.
  • El detector muestra dónde llega cada isótopo, y la longitud de cada barra es su abundancia natural.
  • El panel da la velocidad seleccionada v=E/B1v = E/B_1, el radio de cada isótopo y la separación entre los dos primeros.

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Fundamentos teóricos

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Etapas del espectrómetro

  1. Ionización: se arranca un electrón (o dos) a los átomos, que quedan con carga positiva.
  2. Aceleración: un campo eléctrico los acelera.
  3. Selector de velocidades: solo dejan pasar iones con una velocidad concreta.
  4. Separador magnético: un campo B2B_2 los hace girar.
  5. Detector: registra dónde llega cada ion y cuántos llegan.

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El selector de velocidades

En el selector hay un campo eléctrico EE y uno magnético B1B_1 perpendiculares entre sí y a la velocidad de los iones. Sobre un ion actúan:
  • La fuerza eléctrica, Fe=qEF_e = qE.
  • La fuerza magnética, Fm=qvB1F_m = qvB_1, en sentido opuesto.
Solo los iones para los que ambas fuerzas se anulan siguen en línea recta y atraviesan la rendija: qE=qvB1⟹v=EB1qE = qvB_1 \quad\Longrightarrow\quad v = \frac{E}{B_1} La velocidad seleccionada no depende de la masa ni de la carga.

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El separador magnético

Con un solo campo B2B_2 perpendicular, la fuerza de Lorentz hace de fuerza centrípeta y el ion describe una semicircunferencia: r=m vq B2r = \frac{m\,v}{q\,B_2} Como todos los iones llevan la misma velocidad, el radio solo depende de m/qm/q. Los iones llegan al detector a una distancia 2r2r de la rendija: x=2r=2 m Eq B1 B2x = 2r = \frac{2\,m\,E}{q\,B_1\,B_2}

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Isótopos

Los isótopos de un elemento tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones, y por tanto distinta masa. Químicamente son casi idénticos; solo el espectrómetro los distingue con facilidad. Por ejemplo: La masa atómica que aparece en la tabla periódica es la media ponderada de las masas de los isótopos.

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Ejemplos resueltos

Ejemplo 1 · Neón-20

En un selector con E=40E = 40 kV/m y B1=0,4B_1 = 0{,}4 T entran iones ²⁰Ne⁺ (19,992 u). En el separador, B2=0,5B_2 = 0{,}5 T. ¿Qué radio describen y dónde llegan? (1 u =1,66⋅10−27= 1{,}66 \cdot 10^{-27} kg.)Velocidad: v=40 000/0,4=105v = 40\,000/0{,}4 = 10^5 m/s.Masa: m=19,992⋅1,66⋅10−27=3,32⋅10−26m = 19{,}992 \cdot 1{,}66 \cdot 10^{-27} = 3{,}32 \cdot 10^{-26} kg.Radio: r=3,32⋅10−26⋅1051,6⋅10−19⋅0,5=0,0415r = \dfrac{3{,}32 \cdot 10^{-26} \cdot 10^5}{1{,}6 \cdot 10^{-19} \cdot 0{,}5} = 0{,}0415 m.Llegan a 2r=8,32r = 8{,}3 cm de la rendija.
Con los mismos campos, ¿cuánto separa el detector los iones ³⁵Cl⁺ (34,969 u) y ³⁷Cl⁺ (36,966 u)?r35=34,969⋅1,66⋅10−27⋅1050,8⋅10−19=7,26r_{35} = \dfrac{34{,}969 \cdot 1{,}66 \cdot 10^{-27} \cdot 10^5}{0{,}8 \cdot 10^{-19}} = 7{,}26 cm; r37=7,67r_{37} = 7{,}67 cm.Separación en el detector: 2(7,67−7,26)=0,822(7{,}67 - 7{,}26) = 0{,}82 cm.
El cloro natural tiene un 75,8 % de ³⁵Cl y un 24,2 % de ³⁷Cl. ¿Cuál es su masa atómica?0,758⋅34,969+0,242⋅36,966=35,450{,}758 \cdot 34{,}969 + 0{,}242 \cdot 36{,}966 = 35{,}45 u. Es el valor de la tabla periódica.

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Experimenta con el simulador

1

Más separación

Con el neón, ¿qué campo hay que cambiar para separar más los isótopos en el detector? ¿Subirlo o bajarlo?
2

El selector

Cambia E sin tocar B₁. ¿Qué le pasa a la velocidad seleccionada y a los radios?
3

Doble carga

Pasa los iones a +2. ¿Cómo cambian los radios? Compara ²⁴Mg²⁺ con ¹²C⁺.

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Errores frecuentes

  • Pensar que el selector elige por masa. Elige por velocidad; la masa la separa el segundo campo.
  • Medir la distancia al detector con rr en lugar de 2r2r (diámetro).
  • Olvidar que lo que se mide es m/qm/q. Un ion doblemente cargado aparece donde uno de la mitad de masa.

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Preguntas frecuentes

Para medir masas atómicas y abundancias isotópicas, datar rocas y fósiles, detectar dopaje o contaminantes, identificar moléculas en química y analizar proteínas en biología.
Por F⃗=qv⃗×B⃗\vec F = q\vec v \times \vec B. Un ion positivo que va hacia la derecha con BB saliendo de la pantalla se curva hacia arriba. Un ion negativo, hacia abajo.

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Simuladores relacionados

Campo magnético

La fuerza de Lorentz y el radio de giro.

Tabla periódica

Las masas atómicas de todos los elementos.

Calculadora de moles

Masa molar y cantidad de sustancia.
Última modificación el 6 de octubre de 2026