Partículas subatómicas e isótopos

En el juego de mesa «Construye un átomo» hay tres tipos de fichas: protones, neutrones y electrones. Indique 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 gradas, alrededor del núcleo?

Complete 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 la identidad de un elemento. Explique qué es lo que cuenta el número $Z$ y diga cuánto vale para un átomo que tiene $6$ protones.

Cuando usted respira, a sus pulmones llegan átomos de oxígeno, que tienen $8$ protones. Si un átomo de oxígeno es neutro, ¿cuántos electrones tiene? Explique por qué.

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

Cuando usted respira, a sus pulmones llegan átomos de oxígeno, que tienen $8$ protones. Si un átomo de oxígeno es neutro, ¿cuántos electrones tiene? Explique por qué.

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

Calcule el número másico $A$ del sodio.

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?

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

Calcule 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 $A = 24$. Calcule cuántos protones, neutrones y electrones tiene.

El cloro que se usa para desinfectar piscinas tiene $Z = 17$ y $A = 35$. Calcule 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 $A = 27$. Calcule 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 tiene alrededor de él?

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. Calcule su número atómico $Z$ y su número másico $A$.

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: explique por qué prácticamente toda su masa está concentrada en el núcleo.
2. b) Estime cuántas veces es más pesado el núcleo de ese átomo que todos sus electrones juntos.

Un pasatiempo de una revista propone este reto: monte, 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 necesita?
2. b) Si por error añade un electrón de más, ¿seguiría siendo neutro el átomo? ¿Qué carga neta tendría? Justifíquelo.
3. c) Y si quitara un neutrón, ¿cambiaría el elemento? ¿Cambiaría algo del átomo? Razone las respuestas.

El potasio es un mineral abundante en los guineos. 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? Justifíquelo pensando en qué es lo que define a un elemento.
3. c) ¿Qué carga neta tiene ahora el átomo? Explique el resultado comparando sus cargas positivas y negativas.

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

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.

Calcule cuántos neutrones tiene cada isótopo y explique 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) Calcule los neutrones que tiene cada isótopo.
2. b) Explique qué comparten los dos átomos y qué les hace ser el mismo elemento.

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) Complete el número de protones, neutrones y electrones de cada isótopo, suponiendo átomos neutros.
2. b) Explique 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: escriba su símbolo con el mismo formato.

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) Calcule el número másico $A$ de cada uno de los tres átomos.

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

1. a) Calcule su número atómico $Z$ y su número de electrones.
2. b) Con ayuda de esta lista, averigüe 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. Explique por qué es el número $Z$, y no el número de neutrones, el que decide de qué elemento es un átomo.