Semana 21
El núcleo del átomo
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Indicadores de logro:
Explica qué es un isótopo y cuáles son sus aplicaciones.
Cuantifica la masa atómica relativa de isótopos.
Con lo aprendido hasta el momento surgen muchas dudas como:
Carlos: ¿Qué hace que un átomo de un elemento sea diferente de un átomo de otro elemento? Por ejemplo, ¿en qué se diferencia un átomo de carbono de un átomo de oxígeno?
Recuerda que la diferencia significativa está en las composiciones subatómicas. Un átomo de un elemento se identifica por su número atómico, es decir, el número de protones que posee. Esto significa que, si se modifica la cantidad de protones, se cambia de elemento.
Irene: Ahora esto me hace pensar: ¿Podrían los átomos de un mismo elemento tener diferente número másico? Por ejemplo, un átomo del elemento hidrógeno tiene un número másico A= 1. ¿Podría tener un valor diferente?
Ten presente que el número másico expresa la cantidad de protones más neutrones que hay en dicho núcleo.
Por otra parte, al variar la cantidad de electrones se forman iones. Pero qué ocurre si se modifica la cantidad de neutrones, ¿sigue siendo el mismo átomo? ¿Pertenece al mismo elemento? Respondamos a estas preguntas con la siguiente actividad.
A. Representemos los neutrones en el núcleo
Ahora comprobarás cómo se modifican los átomos al variar la cantidad de neutrones.
Procedimiento:
Para no olvidar, debes identificar las rueditas de colores así: electrones (amarillo), protones (rojo) y neutrones (azul).
2. Distribuye los electrones en los círculos marcados con una «e», los protones en los círculos marcados con una «p», y los neutrones en los círculos marcados con una «n».
3. Pega el número de partículas en cada uno de los modelos.
4. Observa y cuenta las cantidades de partículas subatómicas de cada átomo, llena la tabla correspondiente.
5. En cada grupo de átomos de un mismo elemento,
a. ¿Qué los diferencia entre uno y otro?
Nico: En el ejercicio anterior has representado los isótopos de algunos elementos, pero:
¿Qué es un isótopo?
Como puedes observar en todos los casos, los átomos de los elementos mantienen su número atómico. Quiere decir que conservan la misma cantidad de protones que de electrones, pero tienen diferente número másico debido a que poseen diferente número de neutrones.
Carlos: A estos átomos de elementos que tienen diferente número de neutrones se les llama isótopos. Esto implica que un átomo puede contar con varios isótopos y aun así seguir siendo el mismo elemento químico.
Debes saber que los isótopos, de acuerdo con las características que presentan, se dividen en dos categorías. La primera se conforma por los isótopos estables, estos poseen tiempos largos de semidesintegración, no son abundantes.
La segunda categoría corresponde a los isótopos radiactivos o no estables, son aproximadamente 1200 y entre ellos destacan los radioisótopos. Estos poseen núcleos no estables y mucha energía, la cual es conocida como radiación. De estos existen 2 tipos, los naturales, que se encuentran en la tierra a raíz de procesos naturales, y los artificiales, producidos en laboratorios mediante el bombardeo de partículas subatómicas.
Irene: Los isótopos se pueden clasificar de la siguiente manera:
Algunos isótopos naturalmente son más abundantes en la Tierra que otros.
Tomemos como ejemplo el elemento cloro, el cual posee dos isótopos estables: el 35Cl (Cloro 35), que tiene una abundancia relativa de 75.76 %, y el 37Cl (Cloro 37), con una abundancia relativa de 24.24 %.
Observa que la abundancia relativa es un porcentaje, esto se refiere a que se toma una cantidad de unidades de un total de 100 unidades. Por ejemplo, 42 % significa 42 unidades de un total de 100 unidades. Esto quiere decir que la abundancia relativa de todos los isótopos estables de un elemento sumaría 100 %.
B. Cálculo de la masa atómica relativa de un elemento
Primero debemos tener claro que la muestra de un elemento contiene diferentes isótopos; por ello, se obtiene un promedio de las masas de los isótopos, el cual se denomina masa atómica relativa y se obtiene sumando las contribuciones isotópicas de los diferentes isótopos estables; las contribuciones isotópicas, a su vez, se obtienen multiplicando la masa del isótopo por el porcentaje de abundancia natural, y dividiendo el resultado entre cien.
Lisa: Observa las diferencias en la representación de los isótopos del cloro.
Procedimiento:
Observa y analiza el siguiente ejemplo.
¿Cómo calcular la masa atómica relativa de un elemento a partir de la abundancia de sus isótopos?
El cloro natural tiene un 75.76 % de abundancia para el 35Cl y una masa atómica de 35; un 24.24 % para el 37Cl, el cual posee una masa atómica de 37. ¿Cuál es la masa atómica relativa del elemento cloro?
Masa atómica relativa = (MI1) x (porcentaje de abundancia) + (MI2) x (porcentaje de abundancia)
Masa atómica relativa= [(35) x (75.76) + (37) x (24.24)]/100
Masa atómica relativa = (2 651.6 + 896.88)/100
Masa atómica relativa = 3 548.48/100
Masa atómica relativa = 35.4848
MI1 es la masa atómica de uno de los isótopos de cloro y MI2 es la del otro isótopo, para el caso de los elementos que poseen más isótopos estables se deben incluir en este cálculo.
El elemento cloro y sus isótopos Cloro-35 tiene una abundancia relativa de 75.76 % y Cloro-37 tiene una abundancia relativa de 24.24 %.
C. Calculemos masas atómicas relativas
Intenta obtener las masas atómicas relativas siguiendo el mismo proceso del ejemplo anterior.
Procedimiento:
Realiza los cálculos.
2. Compara las respuestas con tu tabla periódica, verás que los valores que corresponden a las masas atómicas relativas son similares.
Fíjate que...
En algunos textos podrás observar que se refieren a la masa atómica como peso atómico, esto se debe a que la información viene en idioma inglés y al traducirse al español se comete el error de llamarlo peso atómico. Algo que debe quedar claro es que, de ahora en adelante, trabajas con el nombre de masa atómica.
¿Por qué las masas atómicas calculadas no coinciden exactamente con las de la tabla periódica?
Las masas atómicas se determinan experimentalmente usando una técnica llamada espectrometría de masas. Cabe destacar que la masa atómica es muy parecida al número másico, pero no son lo mismo.
¿Cómo se calcula experimentalmente la masa atómica de un átomo? Se inyecta una muestra en el espectrómetro de masas, esta pasa a un calentador y este vaporiza la muestra, luego pasa por una corriente de electrones de alta energía, la cual la ioniza; los iones resultantes se aceleran porque pasan a través de placas eléctricas en paralelo, después un campo magnético desvía algunos y los que no se desvían llegan al detector y así se obtiene un gráfico que muestra la masa atómica de un elemento y es la que encontramos en la tabla periódica.
¿Por qué es importante?
Existen isótopos estables e isótopos radiactivos. Cuando hablamos de isótopos estables nos referimos a que no emite radiación por no poseer tantos protones, ejemplo de esta clase de isótopos son los de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono y azufre.
Los isótopos radiactivos, también llamados radioisótopos, son átomos con alta energía por poseer mayor cantidad de protones, lo cual los hace inestables y cuando se desintegran emiten energía.
Los isótopos radiactivos tienen aplicaciones en muchos campos como la medicina, industria y otros en los que aún se está investigando.
Una aplicación de isótopos radiactivos es en la radioterapia, técnica que consiste en curar ciertos tipos de cáncer. El cáncer hace que algunas células se reproduzcan rápidamente, los radioisótopos atacan este proceso de reproducción celular.
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