Ejercicios: Partículas subatómicas e isótopos

En el juego de mesa «Construye un átomo» hay tres tipos de fichas: protones, neutrones y electrones. Indica 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 del campo. ¿Qué partículas habría dentro de esa «canica»? ¿Y qué partículas se moverían por las gradas, alrededor del núcleo?

Completa 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 carnet de identidad de un elemento. Explica qué es lo que cuenta el número $Z$ y di cuánto vale para un átomo que tiene $6$ protones.

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

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

El cloro que se usa para desinfectar piscinas tiene $Z = 17$ y $A = 35$. Calcula 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 $A = 27$. Calcula 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 $A = 40$. Calcula 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.

Calcula cuántos neutrones tiene cada isótopo y explica 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) Calcula los neutrones que tiene cada isótopo.
2. b) Explica 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. Calcula 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) Completa el número de protones, neutrones y electrones de cada isótopo, suponiendo átomos neutros.
2. b) Explica por qué los dos son el mismo elemento aunque tienen masas distintas.

Las baterías de los móviles 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: escribe su símbolo con el mismo formato.

El potasio es un mineral abundante en los plátanos. 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? Justifícalo pensando en qué es lo que define a un elemento.
3. c) ¿Qué carga neta tiene ahora el átomo? Explica 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: explica 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. Razona 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) Calcula su número atómico $Z$ y su número de electrones.
2. b) Con ayuda de esta lista, averigua 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 las cerillas contienen ese elemento. Explica 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: explica por qué prácticamente toda su masa está concentrada en el núcleo.
2. b) Estima 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) Calcula el número másico $A$ de cada uno de los tres átomos.

Un pasatiempo de una revista propone este reto: monta, 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 necesitas?
2. b) Si por error añades un electrón de más, ¿seguiría siendo neutro el átomo? ¿Qué carga neta tendría? Justifícalo.
3. c) Y si quitaras un neutrón, ¿cambiaría el elemento? ¿Cambiaría algo del átomo? Razona las respuestas.