Número atómico y número másico
Lo que vas a aprender
- Identificar un elemento por su número atómico, usando la tabla periódica.
- Calcular el número de neutrones de un átomo a partir de su número atómico y su número másico.
- Calcular los protones, los neutrones y los electrones de un átomo neutro escrito como «oxígeno-16» o con su notación.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
En la lección anterior contaste protones, neutrones y electrones. Ahora la pregunta es otra: si tienes un átomo, ¿cómo sabes de qué elemento es? ¿Qué tiene un átomo de oxígeno que no tenga uno de carbono?
La respuesta está en un solo número, y lo puedes encontrar en cualquier tabla periódica, como la que seguramente hay en tu salón o al final de tu libro. Con ese número y con otro que te darán en cada ejercicio vas a poder contar todas las partículas de un átomo sin verlo. Así trabajan los químicos: no miran los átomos uno por uno, cuentan.
Antes de empezar necesitas recordar las tres partículas del átomo, dónde está cada una y que un átomo neutro tiene tantos electrones como protones.
Explicación
El número atómico, Z
El número atómico de un átomo es el número de protones que tiene en su núcleo. Se escribe con la letra $Z$.
El número atómico es lo que define a un elemento. Todos los átomos que tienen exactamente 8 protones son de oxígeno, y todos los que tienen 7 son de nitrógeno. Si a un átomo de nitrógeno se le pudiera agregar un protón a su núcleo, dejaría de ser nitrógeno y pasaría a ser oxígeno. En cambio, si un átomo gana o pierde electrones, sigue siendo del mismo elemento: el ion K⁺ de la lección anterior sigue siendo potasio.
La tabla periódica ordena los elementos por su número atómico: el hidrógeno tiene $Z = 1$, el helio $Z = 2$, y cada elemento tiene un protón más que el anterior. En cada casilla aparece el símbolo del elemento y, junto a él, un número entero: ese es su $Z$. Según la tabla que uses, va arriba o abajo del símbolo, pero siempre es el entero que crece de uno en uno a lo largo de la tabla.
Como un átomo neutro tiene tantos electrones como protones, $Z$ también te dice cuántos electrones tiene ese átomo cuando es neutro.
El número másico, A
El número másico es el número total de partículas que hay en el núcleo, es decir, los protones más los neutrones. Se escribe con la letra $A$:
$$A = \text{protones} + \text{neutrones}$$
Los electrones no cuentan en $A$, porque no están en el núcleo y casi no tienen masa. Si recuerdas la masa relativa de la lección anterior, verás que $A$ es justamente esa cuenta: 1 por cada protón y 1 por cada neutrón. Por eso se llama número másico.
Si conoces $Z$ y $A$, despejas los neutrones:
$$\text{neutrones} = A - Z$$
Cómo se escribe un átomo
Un átomo concreto se nombra con el elemento y su número másico: oxígeno-16 es un átomo de oxígeno con $A = 16$. También se escribe con el símbolo, poniendo $A$ arriba a la izquierda y $Z$ abajo a la izquierda: $^{16}_{\ 8}\mathrm{O}$. Como el símbolo ya dice qué elemento es, muchas veces se omite el $Z$ y se escribe solo $^{16}\mathrm{O}$.
Lo que cambia y lo que no
No todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de neutrones. Hay átomos de carbono-12 y de carbono-14: los dos tienen 6 protones, y por eso los dos son carbono; lo que cambia es el número de neutrones y, con él, el número másico. En décimo grado estudiarás estos átomos con su nombre propio.
También puede pasar lo contrario: dos átomos con el mismo $A$ pueden ser de elementos distintos, porque sus protones son distintos. Lo verás en el último ejemplo.
Por eso, para saber qué elemento es un átomo, solo se miran los protones. Ni el número másico ni los electrones lo deciden.
Un último cuidado con la tabla periódica: en muchas casillas aparece también un número con decimales. Ese es la masa atómica, que no es lo mismo que $A$. El número másico siempre es un entero, porque cuenta partículas, y es de un átomo concreto. Por eso, en los ejercicios, el número másico te lo da el enunciado, como en «oxígeno-16».
Tres cuentas con dos números
Con $Z$ y $A$ sabes todo lo que hay en un átomo neutro:
- protones $= Z$;
- electrones $= Z$, si el átomo es neutro;
- neutrones $= A - Z$.
Y siempre puedes comprobar la cuenta: protones más neutrones tiene que dar $A$.
Ejemplo resuelto
Las partículas del oxígeno-16
¿Cuántos protones, electrones y neutrones tiene un átomo neutro de oxígeno-16?
Ver la solución paso a paso
En la tabla periódica, el oxígeno tiene número atómico 8: tiene 8 protones.
$$Z(\mathrm{O}) = 8$$
El átomo es neutro, así que tiene tantos electrones como protones: 8 electrones.
Los neutrones son el número másico menos el número atómico:
$$16 - Z(\mathrm{O})$$
$$16 - 8$$
$$8$$
Comprobamos: protones más neutrones da el número másico.
$$8 + 8 = 16$$
Respuesta: El oxígeno-16 neutro tiene 8 protones, 8 electrones y 8 neutrones.
Ejemplo resuelto
Leer la notación de un átomo
Lee el átomo neutro $^{31}_{15}\mathrm{P}$ y cuenta sus protones, sus neutrones y sus electrones.
Ver la solución paso a paso
El número de abajo a la izquierda es $Z$. Lo comprobamos en la tabla periódica: el fósforo tiene número atómico 15, así que tiene 15 protones.
$$Z(\mathrm{P}) = 15$$
El número de arriba a la izquierda es $A$: hay 31 partículas en el núcleo. Las que no son protones son neutrones:
$$31 - 15$$
$$16$$
Como el átomo es neutro y no lleva carga escrita arriba a la derecha, tiene tantos electrones como protones: 15. Si fuera un ion, la carga aparecería en ese lugar, como en K⁺.
Comprobamos que el núcleo cuadra con $A$:
$$15 + 16 = 31$$
Respuesta: El fósforo-31 neutro tiene 15 protones, 16 neutrones y 15 electrones.
Ejemplo resuelto
¿Qué elemento es?
Un átomo neutro tiene 19 protones y 20 neutrones. ¿De qué elemento es, cuál es su número másico y cuántos electrones tiene?
Ver la solución paso a paso
El elemento lo deciden los protones. Buscamos en la tabla el elemento con $Z = 19$: es el potasio.
$$Z(\mathrm{K}) = 19$$
El número másico es protones más neutrones:
$$19 + 20$$
$$39$$
Como es neutro, tiene tantos electrones como protones: 19. Los 20 neutrones no cambian el elemento ni los electrones.
Respuesta: Es potasio-39: tiene número másico 39 y 19 electrones.
Ejemplo resuelto
El mismo número másico, dos elementos
Compara un átomo de argón-40 y uno de calcio-40. ¿Son del mismo elemento? ¿Cuántos neutrones tiene cada uno?
Ver la solución paso a paso
En la tabla periódica, el argón tiene $Z = 18$:
$$Z(\mathrm{Ar}) = 18$$
Sus neutrones:
$$40 - Z(\mathrm{Ar})$$
$$22$$
El calcio tiene $Z = 20$:
$$Z(\mathrm{Ca}) = 20$$
Sus neutrones:
$$40 - Z(\mathrm{Ca})$$
$$20$$
Los dos tienen 40 partículas en el núcleo, pero el argón tiene 18 protones y el calcio 20: son elementos distintos. El número másico igual no los vuelve el mismo elemento.
Respuesta: No son del mismo elemento: el argón-40 tiene 22 neutrones y el calcio-40 tiene 20.
Arma cada átomo del reto: el número atómico Z dice cuántos protones lleva; el número másico A, cuántos protones y neutrones juntos; y si es neutro, tiene tantos electrones como protones.
Práctica
El magnesio tiene Z = 12. ¿Cuántos neutrones tiene un átomo de magnesio-24?
Neutrones = A − Z = 24 − 12 = 12.
El flúor tiene Z = 9. ¿Cuántos electrones tiene un átomo neutro de flúor-19?
Un átomo neutro tiene tantos electrones como protones: 9. El 19 es el número másico, que cuenta protones y neutrones; el 10 son sus neutrones (19 − 9).
Un átomo tiene 16 protones y 16 neutrones. ¿Cuál es su número másico?
A = protones + neutrones = 16 + 16 = 32. Es el azufre-32.
El neón tiene Z = 10. ¿Cuántos neutrones tiene un átomo de neón-20?
Neutrones = A − Z = 20 − 10 = 10. El 30 sale de sumar en vez de restar.
Un átomo neutro tiene 12 electrones y 13 neutrones. ¿Cuál es su número másico?
Si es neutro, tiene tantos protones como electrones: 12. Entonces A = 12 + 13 = 25. Es el magnesio-25.
¿Verdadero o falso? Un átomo con 8 protones y 7 neutrones es de nitrógeno.
El elemento lo deciden los protones, no los neutrones. Con 8 protones es oxígeno (es el oxígeno-15); el nitrógeno tiene 7 protones.
¿Verdadero o falso? Un átomo con 14 protones es de silicio.
En la tabla periódica, el silicio tiene Z = 14. Cualquier átomo con 14 protones es silicio, tenga los neutrones que tenga.
¿Verdadero o falso? El carbono tiene Z = 6, y un átomo de carbono-14 tiene 2 neutrones más que uno de carbono-12.
El carbono-14 tiene 14 − 6 = 8 neutrones y el carbono-12 tiene 12 − 6 = 6. Los dos tienen 6 protones: los dos son carbono.
El litio tiene Z = 3. ¿Cuántas partículas tiene en total, contando núcleo y corteza, un átomo neutro de litio-7?
En el núcleo hay 7 partículas (eso dice A = 7: 3 protones y 4 neutrones), y en la corteza hay 3 electrones. En total, 7 + 3 = 10.
¿Qué número identifica a qué elemento pertenece un átomo?
Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones. Los neutrones pueden variar (y con ellos A), y los electrones cambian cuando el átomo forma un ion.
¿Por qué los electrones no se cuentan en el número másico?
A cuenta las partículas del núcleo, que son las que tienen casi toda la masa. Los electrones sí tienen carga (−1), están en la corteza y su número no tiene que ver con los neutrones.
Reto
Une cada átomo con su número de neutrones.
Cada ficha de la izquierda es la cuenta A − Z de un átomo, con Z(O) el número atómico del oxígeno, Z(Na) el del sodio, y así. Busca los números atómicos en la tabla periódica.
Reto
Completa las partículas del cloro-37.
El cloro tiene Z = 17. Recuerda: neutrones = A − Z, y un átomo neutro tiene tantos electrones como protones.
Reto
Encuentra las palabras del núcleo.
Busca las seis palabras en la sopa de letras. No llevan tildes.
Cierre
En resumen
El número atómico, Z, es el número de protones e identifica al elemento; la tabla periódica ordena los elementos por Z.
Un átomo neutro tiene Z electrones.
El número másico, A, es protones + neutrones; los neutrones se calculan con A − Z.
Un átomo se nombra con su elemento y su A, como «oxígeno-16», o con A arriba y Z abajo a la izquierda del símbolo.
Dos átomos del mismo elemento pueden tener distinto A, y dos con el mismo A pueden ser de elementos distintos; solo los protones deciden el elemento.
Vocabulario
- Número atómico (Z)
Número de protones del núcleo de un átomo. Identifica al elemento: todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo Z.
- Número másico (A)
Número total de partículas del núcleo: protones más neutrones.
- Elemento químico
Clase de átomos que tienen todos el mismo número de protones, es decir, el mismo número atómico Z.
- Tabla periódica
Tabla que ordena los elementos químicos según su número atómico, de menor a mayor.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Muestre una tabla periódica y pregunte qué número de cada casilla creen que es el más importante y por qué. Anote las respuestas.
- Explicación · 15 min — Z y A; los tres ejemplos en el tablero. Insista en que el número con decimales de la casilla no es A.
- Práctica · 20 min — Preguntas y retos en parejas, con la tabla periódica a mano. El dominó y los huecos se pueden proyectar y resolver en grupo.
- Cierre · 5 min — Que cada estudiante invente un átomo con Z ≤ 20, lo escriba como «elemento-A» y le pida a su compañero los protones, los neutrones y los electrones.
Preguntas para el salón
- Si le quitamos un neutrón a un átomo de carbono, ¿sigue siendo carbono? ¿Y si le quitamos un protón?
- ¿Por qué la tabla periódica no ordena los elementos por su número másico?
- ¿Puede un átomo tener un número másico menor que su número atómico? ¿Por qué?
Errores típicos
- Tomar el número con decimales de la tabla periódica como el número másico. Recuerde que A cuenta partículas y por eso es entero; pida que en cada ejercicio subrayen de dónde sale A (el enunciado).
- Creer que los electrones de un átomo neutro son A y no Z. Pida que escriban siempre la lista protones, neutrones y electrones, y que comprueben que protones y electrones son iguales.
- Pensar que el número de neutrones decide el elemento. Use el último ejemplo y el carbono-12 con el carbono-14: mismo elemento con distinto A, y distinto elemento con el mismo A.
Tarea sugerida
Hacer una tabla con protones, neutrones y electrones del helio-4, el nitrógeno-14, el sodio-23 y el calcio-40, buscando el Z de cada uno en la tabla periódica.