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Física y Química 3.º ESO · Los isótopos

Los isótopos: mismo elemento, distinto número de neutrones

Objetivo: Al terminar, sabrás reconocer si dos átomos son isótopos de un mismo elemento, escribir su notación ᴬ_Z X y calcular sus protones, neutrones y electrones.

Explicación

Átomos del mismo elemento… pero no idénticos

Recuerda que cada átomo se describe con dos números:

Número atómico, $Z$ = número de protones. Es el «DNI» del elemento: todos los átomos de carbono tienen $Z = 6$ ; si un átomo tiene 7 protones, ya no es carbono, es nitrógeno.
Número másico, $A$ = número de protones + número de neutrones: $A = Z + N$ , de donde $N = A - Z$ .

Los átomos de un mismo elemento tienen siempre el mismo número de protones, pero no siempre el mismo número de neutrones.

Isótopos son átomos de un mismo elemento (mismo $Z$ ) que tienen distinto número de neutrones y, por tanto, distinto número másico $A$ .

Cómo se escriben

Se usa la notación ${}^{A}_{Z}\text{X}$ , o bien el nombre del elemento seguido del número másico:

Isótopo	Notación	Protones	Neutrones	Electrones (átomo neutro)
carbono-12	${}^{12}_{6}\text{C}$	6	6	6
carbono-13	${}^{13}_{6}\text{C}$	6	7	6
carbono-14	${}^{14}_{6}\text{C}$	6	8	6

Los tres son carbono porque tienen 6 protones. Solo cambia el número de neutrones.

Los isótopos del hidrógeno

Son los únicos que tienen nombre propio:

Protio, ${}^{1}_{1}\text{H}$ : 1 protón y 0 neutrones (casi todo el hidrógeno de la naturaleza).
Deuterio, ${}^{2}_{1}\text{H}$ : 1 protón y 1 neutrón.
Tritio, ${}^{3}_{1}\text{H}$ : 1 protón y 2 neutrones.

¿Son isótopos? Cómo comprobarlo

Mira el número atómico $Z$ (o el nombre del elemento). Si $Z$ es distinto, no son isótopos, aunque tengan el mismo $A$ .
Si $Z$ es igual, comprueba que $A$ (o el número de neutrones) es distinto.

La mayoría de los elementos de la naturaleza son una mezcla de varios isótopos: el cloro, por ejemplo, tiene cloro-35 y cloro-37.

Puntos clave

Isótopos: átomos del mismo elemento (mismo $Z$ ) con distinto número de neutrones (distinto $A$ ).
Notación ${}^{A}_{Z}\text{X}$ o «nombre- $A$ »: carbono-14 = ${}^{14}_{6}\text{C}$ .
Neutrones: $N = A - Z$ . En un átomo neutro, electrones = protones = $Z$ .
Si dos átomos tienen distinto $Z$ , son elementos distintos y no pueden ser isótopos.
Isótopos del hidrógeno: protio (0 n), deuterio (1 n) y tritio (2 n).

Errores frecuentes

ErrorPensar que dos átomos con el mismo número másico son isótopos (por ejemplo, ${}^{14}_{6}\text{C}$ y ${}^{14}_{7}\text{N}$ ).
Cómo corregirloLo que decide el elemento es $Z$ . Carbono-14 tiene 6 protones y nitrógeno-14 tiene 7: son elementos distintos.
ErrorCreer que los isótopos tienen distinto número de protones o de electrones.
Cómo corregirloLos isótopos de un elemento tienen los mismos protones y, si son neutros, los mismos electrones. Solo cambian los neutrones.
ErrorCalcular los neutrones como $A + Z$ o tomar $A$ como número de neutrones.
Cómo corregirlo $A$ cuenta protones y neutrones juntos; los neutrones son $N = A - Z$ .

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Los tres hidrógenos numérico (completar una tabla)
El hidrógeno tiene tres isótopos: ${}^{1}_{1}\text{H}$ (protio), ${}^{2}_{1}\text{H}$ (deuterio) y ${}^{3}_{1}\text{H}$ (tritio). Completa una tabla con el número de protones, neutrones y electrones de cada uno (átomos neutros). ¿Por qué los tres son hidrógeno?

Resolución
Usamos $Z$ = protones, $N = A - Z$ y, en un átomo neutro, electrones = $Z$ :

Isótopo $Z$ $A$ Protones Neutrones Electrones

protio 1 1 1 $1 - 1 = 0$ 1

deuterio 1 2 1 $2 - 1 = 1$ 1

tritio 1 3 1 $3 - 1 = 2$ 1

Los tres son hidrógeno porque tienen el mismo número de protones (1). Solo cambia el número de neutrones: son isótopos.
Ejemplo 2. ¿Isótopos o no? razonamiento (comparar núclidos)
Indica si son isótopos entre sí y justifica la respuesta: a) ${}^{35}_{17}\text{Cl}$ y ${}^{37}_{17}\text{Cl}$ b) ${}^{14}_{6}\text{C}$ y ${}^{14}_{7}\text{N}$ c) Un átomo con 8 protones y 8 neutrones y otro con 8 protones y 10 neutrones.

Resolución
a) Sí. Los dos tienen $Z = 17$ (son cloro) y distinto $A$ : el cloro-35 tiene $35 - 17 = 18$ neutrones y el cloro-37, $37 - 17 = 20$ .

b) No. Tienen el mismo $A$ (14), pero distinto $Z$ : el primero tiene 6 protones (carbono) y el segundo 7 (nitrógeno). Son elementos distintos.

c) Sí. Ambos tienen 8 protones (son oxígeno) y distinto número de neutrones. Sus números másicos son $8 + 8 = 16$ y $8 + 10 = 18$ : son el oxígeno-16 ( ${}^{16}_{8}\text{O}$ ) y el oxígeno-18 ( ${}^{18}_{8}\text{O}$ ).

Isótopo	$Z$	$A$	Protones	Neutrones	Electrones
protio	1	1	1	$1 - 1 = 0$	1
deuterio	1	2	1	$2 - 1 = 1$	1
tritio	1	3	1	$3 - 1 = 2$	1

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Completa la tabla (átomos neutros):

Isótopo Notación Protones Neutrones Electrones

cloro-35 ( $Z = 17$ )

cloro-37 ( $Z = 17$ )

uranio-235 ( $Z = 92$ )

uranio-238 ( $Z = 92$ )
Ver solución
Cl-35: ${}^{35}_{17}\text{Cl}$ , 17 p, 18 n, 17 e. Cl-37: ${}^{37}_{17}\text{Cl}$ , 17 p, 20 n, 17 e. U-235: ${}^{235}_{92}\text{U}$ , 92 p, 143 n, 92 e. U-238: ${}^{238}_{92}\text{U}$ , 92 p, 146 n, 92 e.
Protones = $Z$ ; electrones = $Z$ (átomo neutro); neutrones = $A - Z$ :
- cloro-35: $35 - 17 = 18$ n; cloro-37: $37 - 17 = 20$ n.
- uranio-235: $235 - 92 = 143$ n; uranio-238: $238 - 92 = 146$ n.
2. Fácil
Escribe en la notación ${}^{A}_{Z}\text{X}$ : a) El carbono-13 ( $Z = 6$ ). b) El oxígeno-18 ( $Z = 8$ ). c) Un átomo de hierro ( $Z = 26$ ) con 30 neutrones. d) El yodo-131 ( $Z = 53$ ). ¿Cuántos neutrones tiene?

Ver solución
a) ${}^{13}_{6}\text{C}$ . b) ${}^{18}_{8}\text{O}$ . c) ${}^{56}_{26}\text{Fe}$ . d) ${}^{131}_{53}\text{I}$ ; 78 neutrones.
a) y b) El número que acompaña al nombre es $A$ : ${}^{13}_{6}\text{C}$ , ${}^{18}_{8}\text{O}$ . c) $A = Z + N = 26 + 30 = 56$ → ${}^{56}_{26}\text{Fe}$ . d) ${}^{131}_{53}\text{I}$ ; $N = 131 - 53 = 78$ .
3. Media
Estos son seis núclidos representados con letras que no son su símbolo químico: ${}^{12}_{6}\text{Q}$ , ${}^{13}_{6}\text{R}$ , ${}^{14}_{7}\text{T}$ , ${}^{16}_{8}\text{W}$ , ${}^{14}_{6}\text{X}$ , ${}^{15}_{7}\text{Y}$ . a) Agrupa los que son isótopos entre sí. b) ¿Qué núclidos tienen el mismo número de neutrones?

Ver solución
a) Q, R y X son isótopos (Z = 6, carbono); T e Y son isótopos (Z = 7, nitrógeno); W (Z = 8) no tiene isótopo en la lista. b) Q (6 n) no coincide con nadie; R y T tienen 7 n; X, Y y W tienen 8 n.
a) Agrupamos por $Z$ : $Z = 6$ → Q, R, X (carbono-12, -13 y -14); $Z = 7$ → T, Y (nitrógeno-14 y -15); $Z = 8$ → W, solo. b) Neutrones $N = A - Z$ : Q: $12 - 6 = 6$ ; R: $13 - 6 = 7$ ; T: $14 - 7 = 7$ ; W: $16 - 8 = 8$ ; X: $14 - 6 = 8$ ; Y: $15 - 7 = 8$ . Tienen los mismos neutrones R y T (7) y W, X e Y (8). Tener los mismos neutrones no los hace isótopos: lo que cuenta es $Z$ .
4. Difícil
Un átomo tiene 17 protones y 20 neutrones; otro tiene 18 protones y 19 neutrones. a) Calcula el número másico de cada uno. b) ¿Son isótopos? ¿De qué elementos se trata? (Datos: $Z$ del cloro = 17; $Z$ del argón = 18.)

Ver solución
a) A = 37 los dos. b) No son isótopos: el primero es cloro-37 (Z = 17) y el segundo argón-37 (Z = 18).
a) $A = 17 + 20 = 37$ ; $A = 18 + 19 = 37$ . b) Tienen el mismo $A$ pero distinto $Z$ (17 y 18), así que son elementos distintos: ${}^{37}_{17}\text{Cl}$ (cloro) y ${}^{37}_{18}\text{Ar}$ (argón). No son isótopos.

Para practicar más

1. Fácil
El carbono tiene tres isótopos naturales: carbono-12, carbono-13 y carbono-14 ( $Z = 6$ ). Escribe la notación de cada uno e indica sus protones, neutrones y electrones (átomos neutros).

Ver solución
${}^{12}_{6}\text{C}$ : 6 p, 6 n, 6 e. ${}^{13}_{6}\text{C}$ : 6 p, 7 n, 6 e. ${}^{14}_{6}\text{C}$ : 6 p, 8 n, 6 e.
Protones = electrones = $Z = 6$ . Neutrones: $12 - 6 = 6$ ; $13 - 6 = 7$ ; $14 - 6 = 8$ .
2. Fácil
¿Verdadero o falso? Corrige las falsas. a) Los isótopos de un elemento tienen el mismo número de protones. b) Los isótopos de un elemento tienen el mismo número másico. c) ${}^{40}_{19}\text{K}$ y ${}^{40}_{20}\text{Ca}$ son isótopos. d) Un átomo neutro de deuterio tiene 1 electrón.

Ver solución
a) V. b) F: tienen distinto número másico. c) F: tienen distinto Z (potasio y calcio). d) V.
a) Verdadero: mismo $Z$ . b) Falso: tienen distinto $A$ porque tienen distinto número de neutrones. c) Falso: $Z = 19$ (potasio) y $Z = 20$ (calcio) son elementos distintos, aunque tengan el mismo $A$ . d) Verdadero: el deuterio tiene $Z = 1$ ; neutro → 1 electrón.
3. Media
El magnesio ( $Z = 12$ ) de la naturaleza es una mezcla de tres isótopos: magnesio-24, magnesio-25 y magnesio-26. Escribe su notación y calcula los neutrones de cada uno. ¿Qué tienen en común?

Ver solución
${}^{24}_{12}\text{Mg}$ : 12 n; ${}^{25}_{12}\text{Mg}$ : 13 n; ${}^{26}_{12}\text{Mg}$ : 14 n. Los tres tienen 12 protones (y 12 electrones si son neutros).
$N = A - Z$ : $24 - 12 = 12$ ; $25 - 12 = 13$ ; $26 - 12 = 14$ . Tienen en común el número de protones, 12, que es lo que los hace ser magnesio.
4. Media
Un isótopo del potasio ( $Z = 19$ ) tiene 21 neutrones. a) ¿Cuál es su número másico? Escribe su notación. b) Escribe la notación de otro isótopo del potasio que tenga 2 neutrones menos.

Ver solución
a) A = 40; ${}^{40}_{19}\text{K}$ . b) ${}^{38}_{19}\text{K}$ (19 p y 19 n).
a) $A = 19 + 21 = 40$ → ${}^{40}_{19}\text{K}$ . b) Con 2 neutrones menos tiene $21 - 2 = 19$ neutrones y sigue teniendo 19 protones: $A = 19 + 19 = 38$ → ${}^{38}_{19}\text{K}$ .
5. Difícil
Un átomo X tiene número másico 58 y 30 neutrones. Otro átomo, Y, tiene número másico 60 y 32 neutrones. ¿Son isótopos? Razónalo e identifica el elemento. (Datos: $Z$ : Co = 27, Ni = 28, Cu = 29.)

Ver solución
Sí: los dos tienen Z = 28 (níquel); son níquel-58 y níquel-60.
Calculamos $Z = A - N$ : X: $58 - 30 = 28$ ; Y: $60 - 32 = 28$ . Tienen el mismo número de protones y distinto número másico → son isótopos. $Z = 28$ es el níquel: ${}^{58}_{28}\text{Ni}$ y ${}^{60}_{28}\text{Ni}$ .

Isótopo	Notación	Protones	Neutrones	Electrones
cloro-35 ( $Z = 17$ )
cloro-37 ( $Z = 17$ )
uranio-235 ( $Z = 92$ )
uranio-238 ( $Z = 92$ )