Ejercicios: El modelo cuántico y las partículas subatómicas

Indicá la carga eléctrica (positiva, negativa o nula) y la ubicación en el átomo (núcleo o corteza) del protón, del neutrón y del electrón. ¿Cuáles de las tres partículas tienen casi la misma masa? ¿Cuál es unas $2000$ veces más liviana que las otras dos?

Las centrales nucleares usan como combustible uranio-235, mientras que el uranio más abundante en la naturaleza es el uranio-238; ambos tienen número atómico $Z = 92$. La figura representa los dos núcleos.

1. a) Explicá qué son los isótopos de un elemento.
2. b) Calculá cuántos neutrones tiene en el núcleo cada uno de estos dos isótopos del uranio.

El yodo es un oligoelemento esencial que se añade a la sal de mesa; su isótopo más común tiene $Z = 53$ y $A = 127$.

1. a) Calculá los protones, neutrones y electrones de un átomo neutro de yodo.
2. b) Escribí su símbolo con la notación ${}^{A}_{Z}\text{X}$.

El esmalte de los dientes contiene calcio y muchas pastas dentales llevan flúor.

1. a) El átomo de calcio ($Z = 20$) forma el ion $\text{Ca}^{2+}$: ¿cuántos electrones tiene ese ion?
2. b) El átomo de flúor ($Z = 9$) forma el ion $\text{F}^{-}$: ¿cuántos electrones tiene ese ion?
3. c) Explicá, pensando en sus configuraciones electrónicas, por qué los átomos tienden a ganar o perder electrones hasta quedarse con el último nivel completo.

En radioterapia contra el cáncer se utiliza cobalto-60, una fuente radiactiva con $Z = 27$.

1. a) Escribí el símbolo del cobalto-60 con la notación ${}^{A}_{Z}\text{X}$.
2. b) Calculá sus protones, neutrones y electrones, suponiendo el átomo neutro.
3. c) ¿Qué diferencia hay entre el cobalto-60 y el cobalto-59, el isótopo estable del mismo elemento?

El cloro natural es una mezcla de dos isótopos: un $75\ \%$ de cloro-35 y un $25\ \%$ de cloro-37.

1. a) Calculá la masa atómica media del cloro como media ponderada de las masas de sus isótopos.
2. b) La tabla periódica indica para el cloro una masa de $35,5\ \text{u}$: explicá por qué ese valor no es un número entero si cada átomo de cloro tiene un número entero de partículas en su núcleo.

La masa atómica media del boro es $10,8\ \text{u}$ y sus dos isótopos naturales son el boro-10 y el boro-11.

1. a) Llamá $x$ a la fracción de boro-10 y planteá la ecuación que cumple la media ponderada: $10\cdot x + 11\cdot(1 - x) = 10,8$.
2. b) Resolvela y expresá las abundancias de cada isótopo en porcentaje.
3. c) Comprobá el resultado calculando de nuevo la masa media con esas abundancias.

El magnesio natural tiene tres isótopos: magnesio-24 ($78,7\ \%$), magnesio-25 ($10,1\ \%$) y magnesio-26 ($11,2\ \%$).

1. a) Calculá la masa atómica media del magnesio como media ponderada.
2. b) Explicá por qué el resultado está mucho más cerca de $24$ que de $26$.
3. c) ¿Podría la masa media de un elemento coincidir exactamente con un número entero? Razoná en qué caso ocurriría.

Calculá los protones, neutrones y electrones de cada una de estas especies y respondé después:

1. a) ${}^{40}_{20}\text{Ca}^{2+}$
2. b) ${}^{37}_{17}\text{Cl}^{-}$
3. c) ${}^{35}_{17}\text{Cl}$

1. d) ¿Cuáles de ellas son isótopos entre sí? ¿Por qué?
2. e) ¿Cuáles tienen el mismo número de electrones?

El cobre de los cables eléctricos es una mezcla de dos isótopos, cobre-63 y cobre-65, con masa media $63,5\ \text{u}$.

1. a) Sin hacer cálculos, razoná cuál de los dos isótopos es más abundante.
2. b) Planteá la ecuación de la media ponderada y calculá las abundancias porcentuales de ambos isótopos.
3. c) En medicina nuclear se usa a veces cobre-64, producido artificialmente. ¿Sigue siendo cobre? Explicá qué es lo que decide que un átomo sea de cobre y no de otro elemento.