Exercicis: Partícules subatòmiques i isòtops

En el joc de taula «Construeix un àtom» hi ha tres tipus de fitxes: protons, neutrons i electrons. Indica la càrrega elèctrica de cadascuna de les tres partícules: positiva, negativa o sense càrrega.

Si l'àtom fos un estadi de futbol, el nucli seria una bala al centre del camp. Quines partícules hi hauria dins d'aquesta «bala»? I quines partícules es mourien per la graderia, al voltant del nucli?

Completa la frase amb les paraules que falten: «El protó té càrrega $\dots$, l'electró té càrrega $\dots$ i el neutró no té $\dots$».

El nombre atòmic $Z$ és com el carnet d'identitat d'un element. Explica què és el que compta el nombre $Z$ i digues quant val per a un àtom que té $6$ protons.

Quan respires, als teus pulmons arriben àtoms d'oxigen, que tenen $8$ protons. Si un àtom d'oxigen és neutre, quants electrons té? Explica per què.

El nombre màssic $A$ compta les partícules «pesants» de l'àtom. Un àtom de carboni té $6$ protons i $6$ neutrons, com es mostra a la figura.

Quant val el seu nombre màssic $A$? Quines partícules de l'àtom no entren en aquest compte?

El carboni 12 i el carboni 14 són com dos germans: són del mateix element, però no «pesen» igual. Explica què tenen en comú els dos àtoms i en què es diferencien. Com es diu la relació que hi ha entre ells?

La sal de cuina conté àtoms de sodi, amb $11$ protons i $12$ neutrons al seu nucli, com es mostra a la figura.

Calcula el nombre màssic $A$ del sodi.

Les bengales brillen amb una llum blanca intensa perquè cremen magnesi. Un àtom neutre de magnesi té $Z = 12$ i $A = 24$. Calcula quants protons, neutrons i electrons té.

El clor que es fa servir per desinfectar piscines té $Z = 17$ i $A = 35$. Calcula quants neutrons té el seu nucli i quants electrons té un àtom neutre de clor.

El paper d'alumini que fem servir a la cuina està format per àtoms amb $Z = 13$ i $A = 27$. Calcula el nombre de protons, neutrons i electrons d'un àtom neutre d'alumini.

El ferro de les llenties ajuda a transportar l'oxigen a la sang. Un àtom neutre de ferro té $Z = 26$ i $A = 56$. Quants neutrons té al nucli? I quants electrons al seu voltant?

Un àtom neutre de calci, el mineral dels ossos, té $20$ electrons i un nombre màssic $A = 40$. Calcula el seu nombre atòmic $Z$ i el nombre de neutrons del seu nucli.

L'hidrogen té tres isòtops coneguts: el proti ($A = 1$), el deuteri ($A = 2$), present en l'anomenada «aigua pesant», i el triti ($A = 3$). Tots tenen $Z = 1$, com es mostra a la figura.

Calcula quants neutrons té cada isòtop i explica per què tots tres són el mateix element.

El carboni-12 té $A = 12$ i el carboni-14 té $A = 14$; tots dos tenen $Z = 6$, com es mostra a la figura.

1. a) Calcula els neutrons que té cada isòtop.
2. b) Explica què comparteixen els dos àtoms i què fa que siguin el mateix element.

L'olor d'ous podrits és deguda a un gas que conté sofre. Un àtom neutre de sofre té $16$ electrons i $16$ neutrons. Calcula el seu nombre atòmic $Z$ i el seu nombre màssic $A$.

Els científics estudien el clima del passat analitzant el gel de les glaceres, on apareixen l'oxigen-16 ($Z = 8$, $A = 16$) i l'oxigen-18 ($Z = 8$, $A = 18$).

1. a) Completa el nombre de protons, neutrons i electrons de cada isòtop, suposant àtoms neutres.
2. b) Explica per què tots dos són el mateix element encara que tinguin masses diferents.

Les bateries dels mòbils fan servir liti. El seu símbol amb els nombres de l'àtom s'escriu així: ${}^{7}_{3}\text{Li}$. El nombre de dalt és $A$ i el de baix és $Z$.

1. a) Quants protons, neutrons i electrons té un àtom neutre de liti?
2. b) El beril·li té $4$ protons i $5$ neutrons: escriu el seu símbol amb el mateix format.

El potassi és un mineral跑 abundant en els plàtans. Un àtom neutre de potassi, amb $Z = 19$, perd un dels seus electrons, com es mostra a la figura.

1. a) Quants protons i quants electrons li queden a l'àtom?
2. b) Continua sent potassi? Justifica-ho pensant en què és el que defineix un element.
3. c) Quina càrrega neta té ara l'àtom? Explica el resultat comparant les seves càrregues positives i negatives.

Uns arqueòlegs troben un ullal de mamut i volen saber la seva edat. Per calcular-la fan servir el carboni-14 que queda a les restes.

1. a) El carboni-14 és un isòtop del carboni: explica què significa això, parlant de protons i neutrons.
2. b) Tots els éssers vius contenen carboni i, en morir, el seu carboni-14 va disminuint a poc a poc amb els anys. Raona per què això permet estimar quant de temps fa que va morir l'animal.

Un àtom neutre té un nombre màssic $A = 31$ i $16$ neutrons al nucli.

1. a) Calcula el seu nombre atòmic $Z$ i el seu nombre d'electrons.
2. b) Amb l'ajuda d'aquesta llista, esbrina de quin element es tracta: oxigen ($Z = 8$), sodi ($Z = 11$), silici ($Z = 14$), fòsfor ($Z = 15$) o clor ($Z = 17$).
3. c) Els caps dels llumins contenen aquest element. Explica per què és el nombre $Z$, i no el nombre de neutrons, el que decideix de quin element és un àtom.

Un protó té gairebé la mateixa massa que un neutró, i cadascun d'ells té una massa unes $2000$ vegades més gran que la d'un electró.

1. a) Un àtom de carboni-12 té $6$ protons, $6$ neutrons i $6$ electrons: explica per què pràcticament tota la seva massa està concentrada al nucli.
2. b) Estima quantes vegades és més pesant el nucli d'aquest àtom que tots els seus electrons junts.

Tres àtoms tenen aquestes partícules: l'àtom X té $6$ protons i $6$ neutrons; l'àtom Y té $6$ protons i $8$ neutrons; l'àtom Z té $7$ protons i $7$ neutrons.

1. a) Quins d'ells són el mateix element? Per què?
2. b) Quina parella forma un cas d'isòtops?
3. c) Calcula el nombre màssic $A$ de cadascun dels tres àtoms.

Un passatemps d'una revista proposa aquest repte: munta, amb peces soltes de protons, neutrons i electrons, un àtom neutre de beril·li, que té $Z = 4$ i $A = 9$, com es mostra a la figura.

1. a) Quantes peces de cada tipus necessites?
2. b) Si per error afegeixes un electró de més, continuaria sent neutre l'àtom? Quina càrrega neta tindria? Justifica-ho.
3. c) I si traguessis un neutró, canviaria l'element? Canviaria alguna cosa de l'àtom? Raona les respostes.