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 la cédula 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.

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 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?

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.

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.

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.

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?

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.

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.