Ejercicios: Partículas subatómicas e isótopos

En el juego de mesa «Construye un átomo» hay tres tipos de fichas: protones, neutrones y electrones. Indicá la carga eléctrica de cada una de las tres partículas: positiva, negativa o sin carga.

Si el átomo fuera un estadio de fútbol, el núcleo sería una canica en el centro de la cancha. ¿Qué partículas habría dentro de esa «canica»? ¿Y qué partículas se moverían por las tribunas, alrededor del núcleo?

Completá la frase con las palabras que faltan: «El protón tiene carga $\dots$, el electrón tiene carga $\dots$ y el neutrón no tiene $\dots$».

El número atómico $Z$ es como el documento de identidad de un elemento. Explicá qué es lo que cuenta el número $Z$ y decí cuánto vale para un átomo que tiene $6$ protones.

Cuando respirás, a tus pulmones llegan átomos de oxígeno, que tienen $8$ protones. Si un átomo de oxígeno es neutro, ¿cuántos electrones tiene? Explicá por qué.

El número másico $A$ cuenta las partículas «pesadas» del átomo. Un átomo de carbono tiene $6$ protones y $6$ neutrones, como se muestra en la figura.

¿Cuánto vale su número másico $A$? ¿Qué partículas del átomo no entran en esa cuenta?

El carbono-12 y el carbono-14 son como dos hermanos: son del mismo elemento, pero no «pesan» igual. Explicá qué tienen en común los dos átomos y en qué se diferencian. ¿Cómo se llama la relación que hay entre ellos?

La sal de cocina contiene átomos de sodio, con $11$ protones y $12$ neutrones en su núcleo, como se muestra en la figura.

Calculá el número másico $A$ del sodio.

Las bengalas brillan con una luz blanca intensa porque queman magnesio. Un átomo neutro de magnesio tiene $Z = 12$ y $A = 24$. Calculá cuántos protones, neutrones y electrones tiene.

El cloro que se usa para desinfectar piletas tiene $Z = 17$ y $A = 35$. Calculá cuántos neutrones tiene su núcleo y cuántos electrones tiene un átomo neutro de cloro.

El papel de aluminio que usamos en la cocina está formado por átomos con $Z = 13$ y $A = 27$. Calculá el número de protones, neutrones y electrones de un átomo neutro de aluminio.

El hierro de las lentejas ayuda a transportar el oxígeno en la sangre. Un átomo neutro de hierro tiene $Z = 26$ y $A = 56$. ¿Cuántos neutrones tiene en el núcleo? ¿Y cuántos electrones alrededor de él?

Un átomo neutro de calcio, el mineral de los huesos, tiene $20$ electrones y un número másico $A = 40$. Calculá su número atómico $Z$ y el número de neutrones de su núcleo.

El hidrógeno tiene tres isótopos conocidos: el protio ($A = 1$), el deuterio ($A = 2$), presente en el llamado «agua pesada», y el tritio ($A = 3$). Todos tienen $Z = 1$, como se muestra en la figura.

Calculá cuántos neutrones tiene cada isótopo y explicá por qué los tres son el mismo elemento.

El carbono-12 tiene $A = 12$ y el carbono-14 tiene $A = 14$; ambos tienen $Z = 6$, como se muestra en la figura.

1. a) Calculá los neutrones que tiene cada isótopo.
2. b) Explicá qué comparten los dos átomos y qué les hace ser el mismo elemento.

El olor de los huevos podridos se debe a un gas que contiene azufre. Un átomo neutro de azufre tiene $16$ electrones y $16$ neutrones. Calculá su número atómico $Z$ y su número másico $A$.

Los científicos estudian el clima del pasado analizando el hielo de los glaciares, donde aparecen el oxígeno-16 ($Z = 8$, $A = 16$) y el oxígeno-18 ($Z = 8$, $A = 18$).

1. a) Completá el número de protones, neutrones y electrones de cada isótopo, suponiendo átomos neutros.
2. b) Explicá por qué los dos son el mismo elemento aunque tienen masas distintas.

Las baterías de los celulares usan litio. Su símbolo con los números del átomo se escribe así: ${}^{7}_{3}\text{Li}$. El número de arriba es $A$ y el de abajo es $Z$.

1. a) ¿Cuántos protones, neutrones y electrones tiene un átomo neutro de litio?
2. b) El berilio tiene $4$ protones y $5$ neutrones: escribí su símbolo con el mismo formato.

El potasio es un mineral abundante en las bananas. Un átomo neutro de potasio, con $Z = 19$, pierde uno de sus electrones, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuántos protones y cuántos electrones le quedan al átomo?
2. b) ¿Sigue siendo potasio? Justificalo pensando en qué es lo que define a un elemento.
3. c) ¿Qué carga neta tiene ahora el átomo? Explicá el resultado comparando sus cargas positivas y negativas.

Unos arqueólogos encuentran un colmillo de mamut y quieren saber su edad. Para calcularla usan el carbono-14 que queda en los restos.

1. a) El carbono-14 es un isótopo del carbono: explicá qué significa eso, hablando de protones y neutrones.
2. b) Todos los seres vivos contienen carbono y, al morir, su carbono-14 va disminuyendo poco a poco con los años. Razoná por qué eso permite estimar cuánto tiempo hace que murió el animal.

Un átomo neutro tiene número másico $A = 31$ y $16$ neutrones en el núcleo.

1. a) Calculá su número atómico $Z$ y su número de electrones.
2. b) Con ayuda de esta lista, averiguá de qué elemento se trata: oxígeno ($Z = 8$), sodio ($Z = 11$), silicio ($Z = 14$), fósforo ($Z = 15$) o cloro ($Z = 17$).
3. c) Las cabezas de los fósforos contienen ese elemento. Explicá por qué es el número $Z$, y no el número de neutrones, el que decide de qué elemento es un átomo.

Un protón tiene casi la misma masa que un neutrón, y cada uno de ellos tiene una masa unas $2000$ veces mayor que la de un electrón.

1. a) Un átomo de carbono-12 tiene $6$ protones, $6$ neutrones y $6$ electrones: explicá por qué prácticamente toda su masa está concentrada en el núcleo.
2. b) Estimá cuántas veces es más pesado el núcleo de ese átomo que todos sus electrones juntos.

Tres átomos tienen estas partículas: el átomo X tiene $6$ protones y $6$ neutrones; el átomo Y tiene $6$ protones y $8$ neutrones; el átomo Z tiene $7$ protones y $7$ neutrones.

1. a) ¿Cuáles de ellos son el mismo elemento? ¿Por qué?
2. b) ¿Qué pareja forma un caso de isótopos?
3. c) Calculá el número másico $A$ de cada uno de los tres átomos.

Un pasatiempo de una revista propone este reto: armá, con piezas sueltas de protones, neutrones y electrones, un átomo neutro de berilio, que tiene $Z = 4$ y $A = 9$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuántas piezas de cada tipo necesitás?
2. b) Si por error agregás un electrón de más, ¿seguiría siendo neutro el átomo? ¿Qué carga neta tendría? Justificalo.
3. c) Y si quitaras un neutrón, ¿cambiaría el elemento? ¿Cambiaría algo del átomo? Razoná las respuestas.