Ecuaciones y ejemplos de número atómico, número de masa y carga
\( A_x = Z_x + N(\color{#006cda}{\text{n}}^\circ)_x \)
Eq. 2.1. Número de masa \( A_x \) como función del número atómico \( Z_x \) y el número de neutrones \( N(\color{#006cda}{\text{n}}^\circ)_x \).
\( N(\color{#006cda}{\text{e}}^-)_x = Z_x - \vec{z}_x \)
Eq. 2.2. Número de electrones \( N(\color{#006cda}{\text{e}}^-)_x \) como función del número atómico \( Z_x \) y el número de carga \( \vec{z}_x \).
(Brown et al., 2022) Ejercicio muestra 2.7. Da el símbolo químico, incluyendo el superíndice que indica el número de masa, para: (a) El ion con 22 protones, 26 neutrones y 19 electrones. (b) El ion de azufre que tiene 16 neutrones y 18 electrones. https://youtu.be/KpnwkVlq4_o
(Brown et al., 2022) Ejercicio muestra 2.8. Predice la carga esperada para el ion más estable de bario y el ion más estable de oxígeno. Respuesta: En general, el ion más estable de un elemento corresponde a uno de sus estados de oxidación más comunes, determinado por su tendencia a perder o ganar electrones según su configuración electrónica y comportamiento químico. Bario (Ba) pertenece al grupo 2 de la tabla periódica y su estado de oxidación más estable es +2, ya que pierde fácilmente sus dos electrones más externos. Por lo tanto, el ion más probable es Ba²⁺. Oxígeno (O) puede presentar varios estados de oxidación, siendo los más comunes -2, -1, 0 y +2. Sin embargo, la mayoría de los compuestos que contienen oxígeno se forman con el estado -2, lo que da lugar al ion O²⁻ (ión óxido). Este razonamiento es empírico, basado en la observación de la estabilidad de los compuestos que estos elementos forman en la naturaleza y en el laboratorio.
(Brown et al., 2022) Ejercicio 2.53. ¿El siguiente dibujo representa un átomo neutro o un ion? Escribe su símbolo químico completo, incluyendo el número de masa, el número atómico y la carga neta (si la hay). https://youtu.be/HnB7cK177x8
(Brown et al., 2022) Ejercicio 2.66. Considera un átomo de ⁵⁸Ni. (a) ¿Cuántos protones, neutrones y electrones contiene este átomo? (b) ¿Cuál es el símbolo del ion obtenido al remover dos electrones de ⁵⁸Ni? (c) ¿Cuál es el símbolo para el isótopo de ⁵⁸Ni que posee 33 neutrones? https://youtu.be/Mr5LtfmO73Q
(Brown et al., 2022) Ejercicio 2.67. a) ¿Cuáles dos de los siguientes son isótopos del mismo elemento: ⁴⁶₄₆X ¹⁰⁶₄₆X ¹⁰⁷₄₇X (b) ¿Cuál es la identidad del elemento cuyos isótopos seleccionaste? Los isótopos de un mismo elemento son aquellos que comparten el número atómico 46, lo que significa que tienen la misma cantidad de protones. Para identificar el elemento, basta con buscar el número atómico 46 en la tabla periódica, el cual corresponde al paladio (Pd).
(Brown et al., 2022) Ejercicio 2.68. Cada uno de los siguientes isótopos se usa en medicina. Indica el número de protones y neutrones en cada uno: (a) samario-153, (b) lutecio-177, (c) bismuto-213, (d) molibdeno-99, (e) plomo-212, (f) cesio-131. https://youtu.be/Fk9wqAOOhYY
(Brown et al., 2022) Ejercicio 2.69. Completa los espacios en blanco en la siguiente tabla, asumiendo que cada columna representa un átomo neutro. https://youtu.be/GI3pL7Z9aDI
(Brown et al., 2022) Ejercicio 2.70. Una forma de entender la evolución de la Tierra como planeta es midiendo las cantidades de ciertos isótopos en las rocas. Una cantidad medida recientemente es la proporción de ¹²⁹Xe a ¹³⁰Xe en algunos minerales. ¿En qué se diferencian estos dos isótopos? ¿En qué aspectos son iguales?: Respuesta: El xenón-130 tiene un neutrón más en comparación con el xenón-129, pero ambos conservan el mismo número atómico y, por lo tanto, el mismo número de protones y electrones.
(Brown et al., 2022) Ejercicio 2.71. (a) ¿Cuál es la masa en unidades atómicas (u) de un átomo de carbono-12? (b) ¿Por qué el peso atómico del carbono se reporta como 12.011 en la tabla periódica? Respuesta: (a) El carbono-12 fue reconocido como el estándar del mol, y aunque hubo un cambio en 2019, su masa atómica sigue siendo un valor redondo, es decir, 12 u. (b) En la tabla periódica, el peso atómico del carbono se reporta con decimales (12.011 u) porque representa el promedio ponderado de la masa de sus isótopos naturales en la Tierra, tomando en cuenta su abundancia relativa.
(Burdge & Overby, 2018) Problema muestra 2.2. Determina el número de protones, neutrones y electrones en cada una de las siguientes especies: (a) ³⁵₁₇Cl (b) ³⁷₁₇Cl (c) ⁴¹₁₉K (d) carbono-14 https://youtu.be/Z90RAaDkLCE
(Burdge & Overby, 2018) Problema práctica 2.2A: ¿Cuántos protones, neutrones y electrones hay en un átomo de: (a) ¹⁰₅B (b) ³⁶Ar (c) ³⁸₈₅Sr (d) carbono-11? https://youtu.be/vV7f87dsIg0
(Burdge & Overby, 2018) Problema práctica 2.2B: Da los símbolos correctos para identificar un átomo que contenga: (a) 4 protones, 4 electrones y 5 neutrones. (b) 23 protones, 23 electrones y 28 neutrones. (c) 54 protones, 54 electrones y 70 neutrones. (d) 31 protones, 31 electrones y 38 neutrones. https://youtu.be/O0_B1oV3WiY
(Burdge & Overby, 2018) Problema práctica 2.2C: Con base en el número de nucleones, escribe el símbolo nuclear para cada uno de los siguientes diagramas. https://youtu.be/APiYqo8hDQk
(Burdge & Overby, 2018) Problema 2.3.1 y 2.3.2. ¿Cuántos neutrones hay en un átomo de ⁶⁰Ni? a) 60 b) 30 c) 28 d) 32 e) 29. ¿Cuál es el número de masa de un átomo de oxígeno con nueve neutrones en su núcleo? a) 8 b) 9 c) 17 d) 16 e) 18 https://youtu.be/2v-uSpKn9sU
(Burdge & Overby, 2018) Problema 2.20-2.21. ¿Cuál es el número de masa de un átomo de hierro que tiene 28 neutrones? Calcula el número de neutrones de 239Pu. https://youtu.be/o5NtxxsUluE
(Burdge & Overby, 2018) Problema 2.22. Para cada una de las siguientes especies, determina la cantidad de protones y neutrones en su núcleo: ¹³₁H, ⁴₂He, ²⁴₁₂Mg, ²⁵₁₂Mg, ⁴⁸₂₂Ti, ⁷⁹₃⁵Br, ¹⁹⁵₇₈Pt. https://youtu.be/Zj28ZaiY5Cg
(Burdge & Overby, 2018) Problema 2.23. Indica el número de protones, neutrones y electrones en cada una de las siguientes especies: ¹⁵₇N, ³³₁₆S, ⁶³₂₉Cu, ⁸⁴₃₈Sr, ¹³⁰₅₆Ba, ¹⁸⁶₇₄W, ²⁰²₈₀Hg. https://youtu.be/3dYFZ2MlobE
(Burdge & Overby, 2018) Problema 2.24-2.25. Escribe el símbolo apropiado para cada uno de los siguientes isótopos: (a) Z = 11, A = 23; (b) Z = 28, A = 64; (c) Z = 50, A = 115; (d) Z = 20, A = 42. Escribe el símbolo apropiado para cada uno de los siguientes isótopos: (a) Z = 74, A = 186; (b) Z = 80, A = 201; (c) Z = 34, A = 76; (d) Z = 94, A = 239. https://youtu.be/xm_ISxwqlNI
(Burdge & Overby, 2018) Problema 2.26. Determina el número de masa de (a) un átomo de boro con 6 neutrones, (b) un átomo de magnesio con 13 neutrones, (c) un átomo de bromo con 44 neutrones, y (d) un átomo de mercurio con 119 neutrones. https://youtu.be/SbvvXvLaD7M
(Burdge & Overby, 2018) Problema 2.27. Determina el número de masa de (a) un átomo de flúor con 11 neutrones, (b) un átomo de azufre con 16 neutrones, (c) un átomo de arsénico con 45 neutrones, y (d) un átomo de platino con 120 neutrones. https://youtu.be/5DVi6bCftSg
(Burdge & Overby, 2018) Problema 2.28. Los siguientes isótopos radiactivos se utilizan en medicina para la imagenología de órganos, estudiar la circulación sanguínea, tratar el cáncer, etc. Da el número de neutrones presentes en cada isótopo: ¹⁹⁸Au, ⁴⁷Ca, ⁶⁰Co, ¹⁸F, ¹²⁵I, ¹³¹I, ⁴²K, ⁴³K, ²⁴Na, ³²P, ⁸⁵Sr, ⁹⁹Tc. https://youtu.be/SdTDWDehAuQ
(Chang, 2010) Ejemplo 2.1. Da el número de protones, neutrones y electrones en cada una de las siguientes especies: (a) ²⁰₁₁Na, (b) ²²₁₁Na, (c) ¹⁷₈O, y (d) carbono-14. https://youtu.be/Qp0aukkOVnM
(Chang, 2010) Práctica 2.1. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones hay en el siguiente isótopo de cobre: ⁶³Cu? https://youtu.be/juu_f-iUCzM
(Chang, 2010) Problema 2.13-14 ¿Cuál es el número másico de un átomo de hierro que tiene 28 neutrones? Calcula el número de neutrones del ²³⁹₉₄Pu. https://www.youtube.com/watch?v=o5NtxxsUluE
(Chang, 2010) Problema 2.15 Para cada una de las siguientes especies, determina el número de protones y el número de neutrones en el núcleo: ³₂He, ⁴₂He, ²⁴₁₂Mg, ²⁵₁₂Mg, ⁴⁸₂₂Ti, ⁷⁹₃₅Br, ¹⁹⁵₇₈Pt. https://www.youtube.com/watch?v=Zj28ZaiY5Cg
(Chang, 2010) Problema 2.16 Indica el número de protones, neutrones y electrones en cada una de las siguientes especies: ¹⁵₇N, ³³₁₆S, ⁶³₂₉Cu, ⁸⁴₃₈Sr, ¹³⁰₅₆Ba, ¹⁸⁶₇₄W, ²⁰²₈₀Hg. https://www.youtube.com/watch?v=3dYFZ2MlobE
(Chang, 2010) Problema 2.17-18 Escribe el símbolo adecuado para cada uno de los siguientes isótopos: (a) Z = 11, A = 23; (b) Z = 28, A = 64. Escribe el símbolo adecuado para cada uno de los siguientes isótopos: (a) Z = 74, A = 186; (b) Z = 80, A = 201. https://youtu.be/3oL1XvJ_41M
(Chang, 2010) Problema 2.35 Da el número de protones y electrones en cada uno de los siguientes iones comunes: Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Fe²⁺. https://youtu.be/ggLz-lQUkEE
(Chang, 2010) Problema 2.70 Identifica los elementos representados por los siguientes símbolos y da el número de protones y neutrones en cada caso: (a) ¹⁰₂₀X, (b) ²⁹₆₃X, (c) ¹⁰⁷₄₇X, (d) ¹⁸²₇₄X, (e) ²⁰³₈₄X, (f) ²³⁴₉₄X. https://youtu.be/Lkt3bbv9rNw
(Chang, 2010) Problema 2.75 Llena los espacios en blanco en la siguiente tabla. https://youtu.be/I5Qeiv28K0I
(Chang, 2010) Problema 2.78 ¿Cuál de los siguientes símbolos proporciona más información sobre el átomo: ²³Na o ₁₁Na? Explica. El primero, ya que con el número de masa y la identidad del átomo, podemos determinar tanto el número atómico, el número de protones y el número de neutrones, mientras que con el segundo solo obtendríamos el número atómico y el número de protones.
(Chang, 2010) Problema 2.36 Da el número de protones y electrones en cada uno de los siguientes iones comunes: K⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Br⁻, Mn²⁺, C⁴⁻, Cu²⁺. https://youtu.be/TbvSceyMCNo
(Chang, 2010) Problema 2.81 Para los gases nobles (los elementos del Grupo 8A), ⁴₂He, ²⁰₁₀Ne, ⁴⁰₁₈Ar, ⁸⁴₃₆Kr y ¹³²₅₄Xe: (a) determina el número de protones y neutrones en el núcleo de cada átomo, (b) determina la relación de neutrones a protones en el núcleo de cada átomo. Describe cualquier tendencia general que descubras en la forma en que esta relación cambia con el número atómico creciente. https://youtu.be/0PNtPbTiaeI
(Ebbing & Gammon 2017) Ejemplo 2.1/ Ejercicio 2.1 ¿Cuál es el símbolo del nucleido para un núcleo que contiene 38 protones y 50 neutrones? Un núcleo consta de 17 protones y 18 neutrones. ¿Cuál es su símbolo de nucleido? https://youtu.be/QQcOcbb7i5Y
(Ebbing & Gammon 2017) Ejercicio 2.21 ¿Cuántos protones, neutrones y electrones tiene ¹¹⁹Sn²⁺? a) 50 p, 69 n, 48 e⁻ b) 50 p, 69 n, 50 e⁻ c) 119 p, 50 n, 69 e⁻ d) 69 p, 50 n, 69 e⁻ e) 50 p, 119 n, 52 e⁻ https://youtu.be/3d0RsKDXPuA
(Ebbing & Gammon 2017) Ejercicio 2.43: Se presentan los números de protones y neutrones en los núcleos de varios átomos. Se requiere identificar cuál de estos átomos es el isótopo del átomo A y cuál tiene el mismo número másico que el átomo A. Para ello, se consideran los siguientes datos: Átomo A tiene 18 protones y 19 neutrones; Átomo B tiene 16 protones y 19 neutrones; Átomo C tiene 18 protones y 18 neutrones; y Átomo D tiene 17 protones y 20 neutrones. https://youtu.be/iot6A-m-GAA
(Ebbing & Gammon 2017) Ejercicio 2.44: En esta ocasión, se presentan los números de protones y neutrones en los núcleos de varios átomos. La tarea consiste en identificar cuál de estos átomos es el isótopo del átomo A y cuál tiene el mismo número másico que el átomo A. Los datos disponibles son los siguientes: Átomo A tiene 32 protones y 39 neutrones; Átomo B tiene 33 protones y 38 neutrones; Átomo C tiene 38 protones y 50 neutrones; y Átomo D tiene 32 protones y 38 neutrones. https://youtu.be/mSMmMW7Ws5s
(Ebbing & Gammon 2017) Ejercicio 2.45 El cloro que ocurre naturalmente es una mezcla de los isótopos Cl-35 y Cl-37. ¿Cuántos protones y cuántos neutrones hay en cada isótopo? ¿Cuántos electrones hay en los átomos neutros? https://youtu.be/Tc6Ml5EBlKc
(Ebbing & Gammon 2017) Ejercicio 2.46 El nitrógeno que ocurre naturalmente es una mezcla de ¹⁴N y ¹⁵N. Da el número de protones, neutrones y electrones en el átomo neutro de cada isótopo. https://youtu.be/xm5jpTRb8nA
(Ebbing & Gammon 2017) Ejercicio 2.47-78 ¿Cuál es el símbolo del nucleido para el núcleo que contiene 11 protones y 12 neutrones? Un átomo contiene 34 protones y 45 neutrones. ¿Cuál es el símbolo del nucleido para el núcleo? https://youtu.be/vJ9k369JBRo
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Ejemplo trabajado 2.3 El isótopo de uranio utilizado para generar energía nuclear es U-235. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones tiene un átomo de U-235? https://youtu.be/kWG5POYX2g0
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Ejemplo 2.4 El elemento X es tóxico para los humanos en altas concentraciones, pero es esencial para la vida en bajas concentraciones. Identifica el elemento X, cuyos átomos contienen 24 protones, y escribe el símbolo para el isótopo de X que tiene 28 neutrones. Problema 2.4 El isótopo Se-75 se utiliza médicamente para el diagnóstico de trastornos pancreáticos. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones tiene un átomo de Se-75? https://youtu.be/Ajd_6IYfvDQ
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Problema 2.5 El cloro, uno de los elementos del sal común (cloruro de sodio), tiene dos isótopos principales, con números másicos 35 y 37. Consulta el número atómico del cloro, indica cuántos neutrones contiene cada isótopo y da el símbolo estándar para cada uno. Problema 2.6 Un átomo del elemento X contiene 47 protones y 62 neutrones. Identifica el elemento y escribe el símbolo para el isótopo en el formato estándar. https://youtu.be/sZxSpkKZmTY
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Problema 2.59 El azufre tiene cuatro isótopos naturales, incluyendo ³³S, ³⁴S y ³⁶S. Consulta la tabla periódica y determina si el cuarto isótopo es ³²S o ³⁵S. La respuesta correcta es que el cuarto isótopo es ³²S, ya que es el isótopo más abundante del azufre (aproximadamente el 95% del azufre en la naturaleza). La masa atómica promedio del azufre en la tabla periódica (aproximadamente 32.06 u) está determinada principalmente por la abundancia de sus isótopos, y ³²S tiene la mayor contribución a ese valor. Por otro lado, ³⁵S no es un isótopo estable, sino un isótopo radiactivo con una vida media relativamente corta, por lo que no se considera entre los isótopos naturales estables del azufre.
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Problema 2.60 Da los nombres y símbolos de los siguientes elementos: (a) Un elemento con número atómico 6 (b) Un elemento con 18 protones en su núcleo (c) Un elemento con 23 electrones. La respuesta es: (a) Carbono (C) → Tiene número atómico 6. (b) Argón (Ar) → Tiene 18 protones en su núcleo. (c) Vanadio (V) → Si asumimos que el átomo es neutro, el número de electrones será igual al número de protones, por lo que un elemento con 23 electrones debe tener número atómico 23, que corresponde al vanadio.
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Problema 2.61 El isótopo radiactivo cesio-137 se produjo en grandes cantidades en las lluvias radiactivas del desastre de la planta nuclear de 1985 en Chernobyl, Ucrania. Escribe el símbolo para este isótopo en formato estándar. Problema 2.62 Escribe los símbolos para los siguientes isótopos: (a) Radón-220 (b) Polonio-210 (c) Oro-197 https://youtu.be/v3fDl6mnPEw
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Problema 2.63 Escribe los símbolos para los siguientes isótopos: (a) Z = 58 y A = 140 (b) Z = 27 y A = 60. Respuesta (a) (_58^140)Ce (b) (_27^160)Co
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Problema 2.64 ¿Cuántos protones, neutrones y electrones hay en cada uno de los siguientes átomos? (a) N (b) Co (c) I (d) Ce Problema 2.65 ¿Cuántos protones y neutrones hay en el núcleo de los siguientes átomos? (a) ²⁷Al (b) ³²S (c) ⁶⁴Zn (d) ²⁰⁷Pb https://youtu.be/S9f38HbYW2s
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Problema 2.66 Identifica los siguientes elementos: (a) ²⁴₁₂X (b) ⁵⁸₂₈X (c) ¹⁰⁴₄₆X (d) ¹⁸³₇₄X Problema 2.67 Identifica los siguientes elementos: (a) ²⁰²₈₀X (b) ¹⁹⁵₇₈X (c) ¹⁸⁴₇₆X (d) ²⁰⁹₈₃X. Respuesta Usaremos el número atómico que está como subíndice izquierdo en todos los símbolos e ignoramos el resto, en consecuencia: 2.66 (a) Magnesio (Mg) (b) Níquel (Ni) (c) Rutenio (Ru) (d) Tungsteno (W) 2.67 (a) Mercurio (Hg) (b) Platino (Pt) (c) Wolframio/Tungsteno (W) (d) Bismuto (Bi).
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Problema 2.68 ¿Cuál de los siguientes símbolos de isótopos no puede ser correcto? ¹⁸₉F ¹²₅C ³³₃₅Br ¹⁸₈O ¹¹₅Bo Problema 2.69 ¿Cuál de los siguientes símbolos de isótopos no puede ser correcto? ¹⁴₇Ni ¹³¹₅₄Xe ⁵⁴₂₆Fe ⁷³₂₃Ge ¹₂He. Respuesta: Al inspeccionar, veremos números imposibles en el sentido de que, por definición, el número de neutrones es siempre un escalar positivo. Por ende, para ³³₃₅Br y ¹₂He serían imposibles, ya que nos darían valores de neutrones negativos. Algún listillo podría argumentar que son antineutrones, pero la entidad en sí siempre es un escalar positivo, aun cuando otras propiedades físicas sean negativas. Por ende, estos símbolos son incorrectos.
(McMurry, Fay, & Fantini, 2012) Problema 2.117 El flúor ocurre naturalmente como un solo isótopo. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones están presentes en el fluoruro deuterado (²HF)? (El deuterio es ²H.) https://youtu.be/pPgLKkcoWso
\( \Delta N(\color{#006cda}{\text{e}}^-)_x = N(\color{#006cda}{\text{e}}^-)_x - N^o (\color{#006cda}{\text{e}}^-)_x = -\vec{z}_x \)
Eq. 2.3. Número de electrones ganados o perdidos \( \Delta N(\color{#006cda}{\text{e}}^-)_x \) como función del número de carga del ion \( \vec{z}_x \).
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