Isótopos: Gemelos con Diferente Peso

¿Sabías que no todos los átomos de un mismo elemento son idénticos? Algunos son más "gorditos" que otros aunque sean el mismo elemento. A estas versiones les llamamos Isótopos.

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🎯 ¿Qué vas a aprender?

• Qué es un Isótopo y por qué existen.
• La diferencia entre Protio, Deuterio y Tritio.
• Cómo identificar isótopos por su número de neutrones.

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1. Definición de Isótopo

Un Isótopo es un átomo que tiene el mismo número de protones (Z) que otros de su especie, pero un diferente número de neutrones.

Consecuencia: Como tienen diferente cantidad de neutrones, tienen diferente Masa (A).

Son como gemelos idénticos: Tienen el mismo apellido (Z), pero uno come más y pesa más (A).

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2. Ejemplo Clásico: El Hidrógeno

El Hidrógeno es el elemento más simple, pero tiene tres versiones en la naturaleza:

A. Protio ($^1H$) 💧

• Protones: 1
• Neutrones: 0
• Masa (A): 1
• Abundancia: 99.98% (Es el hidrógeno común del agua).

B. Deuterio ($^2H$) 🧪

• Protones: 1
• Neutrones: 1
• Masa (A): 2
• Abundancia: 0.015% (Usado en reactores nucleares).

C. Tritio ($^3H$) ☢️

• Protones: 1
• Neutrones: 2
• Masa (A): 3
• Abundancia: Trazas (Radiactivo e inestable).

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3. Ejemplo del Carbono

El Carbono tiene 6 protones, pero sus neutrones pueden variar. Aquí están sus tres isótopos más importantes:

Carbono-12 ($^{12}C$)

• Protones: 6
• Neutrones: 6
• Descripción: Es el carbono de la vida, el más estable y común (98.9%).

Carbono-13 ($^{13}C$)

• Protones: 6
• Neutrones: 7
• Descripción: Es un isótopo estable pero menos común (1.1%).

Carbono-14 ($^{14}C$)

• Protones: 6
• Neutrones: 8
• Descripción: Es radiactivo e inestable. Se usa para datar fósiles antiguos por su vida media.

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📊 Resumen Visual: Los Tres Isótopos del Carbono

Observa: Los tres isótopos tienen el mismo número de protones (6) y electrones (6), pero diferente número de neutrones. Los neutrones "extra" se muestran en naranja.

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📝 Ejercicios de Práctica

Ejercicio 1

Enunciado: Un átomo tiene 17 protones y 20 neutrones. Otro átomo tiene 17 protones y 18 neutrones. ¿Son isótopos del mismo elemento?

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Datos:

• Átomo A: $Z=17$, $n=20$
• Átomo B: $Z=17$, $n=18$

Razonamiento:
Para que dos átomos sean isótopos, deben tener el mismo número atómico ($Z$) pero diferente número de masa ($A$), lo cual es causado por una diferencia en los neutrones.
Como ambos tienen $Z=17$, son el mismo elemento (Cloro). Como tienen diferente número de neutrones, son isótopos.

Resultado:
$\boxed{\text{Sí, son isótopos del Cloro}}$

Ejercicio 2

Enunciado: ¿Cuál es la única partícula subatómica que varía en número entre dos isótopos del mismo elemento?

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Razonamiento:
Por definición, los isótopos tienen el mismo número de protones (identidad) y el mismo número de electrones (en estado neutro). Lo único que cambia es el número de partículas neutras en el núcleo, lo que altera su masa total.

Resultado:
$\boxed{\text{El Neutrón } (n^0)}$

Ejercicio 3

Enunciado: Identifica el nombre de los tres isótopos del Hidrógeno y menciona cuántos neutrones tiene cada uno.

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Razonamiento:
El hidrógeno ($Z=1$) presenta tres variedades naturales:

1. Protio: Tiene 0 neutrones ($A=1$).
2. Deuterio: Tiene 1 neutrón ($A=2$).
3. Tritio: Tiene 2 neutrones ($A=3$).

Resultado:
$\boxed{\text{Protio (0), Deuterio (1), Tritio (2)}}$

Ejercicio 4

Enunciado: El Carbono-14 es un isótopo radiactivo. Si su número atómico es $Z = 6$, ¿cuántos neutrones tiene en su núcleo?

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Datos:

• $A = 14$
• $Z = 6$

Razonamiento:
Restamos el número atómico de la masa total para hallar los neutrones.

$$n = 14 - 6$$

Resultado:
$\boxed{8 \text{ neutrones}}$

Ejercicio 5

Enunciado: Se tienen dos átomos: Átomo A ($Z=8, A=16$) y Átomo B ($Z=8, A=18$). ¿Qué elemento representan y por qué son isótopos?

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Razonamiento:

1. Al tener $Z=8$, ambos pertenecen al elemento Oxígeno.
2. Son isótopos porque tienen el mismo número de protones pero diferente número másico (y por ende, diferente número de neutrones).

Resultado:
$\boxed{\text{Oxígeno. Son isótopos porque tienen diferente masa (A)}}$

Ejercicio 6

Enunciado: ¿Por qué los isótopos de un elemento tienen propiedades químicas casi idénticas?

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Razonamiento:
Las propiedades químicas de un átomo dependen principalmente de sus electrones (y por ende de sus protones para mantener la neutralidad). Como los isótopos tienen el mismo número de protones y electrones, se comportan químicamente igual.

Resultado:
$\boxed{\text{Porque tienen el mismo número de protones y electrones}}$

Ejercicio 7

Enunciado: Calcula la diferencia en el número de neutrones entre el Uranio-235 ($Z=92$) y el Uranio-238 ($Z=92$).

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Razonamiento:

1. Neutrones U-235: $235 - 92 = 143$
2. Neutrones U-238: $238 - 92 = 146$
3. Diferencia: $146 - 143$

Resultado:
$\boxed{3 \text{ neutrones}}$

Ejercicio 8

Enunciado: Si dos átomos tienen el mismo número másico ($A$) pero diferente número atómico ($Z$), ¿pueden ser considerados isótopos?

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Razonamiento:
No. Los isótopos deben ser del mismo elemento, lo cual requiere obligatoriamente que tengan el mismo número atómico ($Z$). Si el $Z$ es diferente, son elementos distintos (se les llama isóbaros, pero no isótopos).

Resultado:
$\boxed{\text{No, deben tener el mismo Z}}$

Ejercicio 9

Enunciado: ¿Cuál es el número de masa ($A$) del Deuterio?

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Razonamiento:
El deuterio es el isótopo del hidrógeno ($Z=1$) que posee 1 neutrón en su núcleo.

$$A = 1 (p^+) + 1 (n^0)$$

Resultado:
$\boxed{2 \text{ uma}}$

Ejercicio 10

Enunciado: Un átomo de Tritio tiene 1 protón. ¿Cuántas partículas en total hay dentro de su núcleo?

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Razonamiento:
El Tritio es el isótopo de Hidrógeno con $n = 2$. Las partículas totales del núcleo corresponden al número másico ($A$).

$$A = 1 (p^+) + 2 (n^0) = 3$$

Resultado:
$\boxed{3 \text{ partículas (nucleones)}}$

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🔑 Resumen

Conclusión: La identidad (Z) no cambia, solo cambia la "gordura" (neutrones) del átomo.