📖
Lección

Masa de las Partículas Subatómicas

🧪 Química › Estructura Atómica › Masa y Número Másico

Masa de las Partículas Subatómicas

Si pudiéramos pesar un protón y un electrón, ¿se sentirían igual? La respuesta es un rotundo NO. La masa en el átomo está distribuida de forma muy desigual.

🎯 ¿Qué vas a aprender?

  • Dónde se concentra la masa de un átomo.
  • La comparación visual entre protones y electrones (Bolas de Boliche vs Clips).
  • Por qué la masa de los electrones a veces se ignora.

1. El Peso Pesado: Núcleo vs Periferia

Imagina que tienes una bola de boliche y un pequeño clip de papel.

  • Los Protones y Neutrones (en el núcleo) son como las Bolas de Boliche. Son pesados, densos y aportan casi toda la masa.
  • Los Electrones (en la periferia) son como los Clips de Papel. Son tan livianos en comparación que su masa es casi despreciable.

Dato Curioso: Un protón es aproximadamente 1836 veces más pesado que un electrón. Por esta razón, la masa del electrón es casi despreciable, haciendo que prácticamente toda la masa del átomo se concentre en el núcleo.

masa-en-nucleo-y-periferia

estructura-del-atomo-y-su-masa

2. Los Números Reales (Masa en kg)

Para que te hagas una idea de la escala real:

  • Masa del Protón (mpm_p): ≈1.67×10−27\approx 1.67 \times 10^{-27} kg.
  • Masa del Neutrón (mnm_n): ≈1.67×10−27\approx 1.67 \times 10^{-27} kg (Casi idéntico al protón, un poquitico más pesado).
  • Masa del Electrón (mem_e): ≈9.11×10−31\approx 9.11 \times 10^{-31} kg.

¡Esa diferencia de exponentes (-27 vs -31) es gigante!

comparacion-de-masas-nucleones-y-electrones

3. Unidades de Masa Atómica (uma)

Como usar kilogramos con números tan pequeños es incómodo, los químicos inventaron una unidad más amigable: la uma (unidad de masa atómica).

PartículaMasa Aproximada (uma)Rol en la Masa Total
Protón (p+p^+)1 umaFundamental
Neutrón (n0n^0)1 umaFundamental
Electrón (e−e^-)~0 uma (0.0005)Despreciable

Por eso, al calcular la masa de un átomo, solo sumamos lo que hay en el núcleo. Los electrones "no cuentan" para el peso pesado.

Masa de Partículas

📝 Ejercicios de Práctica

Ejercicio 1

Si un átomo tiene 3 protones y 4 neutrones en su núcleo, ¿cuál es su masa aproximada en unidades de masa atómica (uma)?

Ver solución

Datos:

  • Protones = 3
  • Neutrones = 4

Razonamiento:
La masa del átomo se concentra en el núcleo. Cada protón y cada neutrón tiene una masa aproximada de 1 uma. Los electrones tienen una masa despreciable (casi 0).

Masa total=(Nuˊmero de protones×1 uma)+(Nuˊmero de neutrones×1 uma)\text{Masa total} = (\text{Número de protones} \times 1 \text{ uma}) + (\text{Número de neutrones} \times 1 \text{ uma}) Masa total=3+4\text{Masa total} = 3 + 4

Resultado:
7 uma\boxed{7 \text{ uma}}

Ejercicio 2

¿Cuál es la razón principal por la que se dice que la masa del electrón es "despreciable" al calcular la masa total de un átomo?

Ver solución

Razonamiento:
La masa de un protón es aproximadamente 1836 veces mayor que la de un electrón. Esto significa que harían falta casi 2000 electrones para igualar el peso de un solo protón. En una balanza imaginaria, el electrón aporta tan poco que no altera significativamente el resultado final.

Resultado:
Porque es ≈1836 veces maˊs liviano que un protoˊn\boxed{\text{Porque es } \approx 1836 \text{ veces más liviano que un protón}}

Ejercicio 3

Ordena las partículas subatómicas de menor a mayor masa.

Ver solución

Razonamiento:
Basándonos en sus masas en kg o uma:

  1. El electrón es el más ligero (9.11×10−319.11 \times 10^{-31} kg).
  2. El protón es mucho más pesado (1.67×10−271.67 \times 10^{-27} kg).
  3. El neutrón es ligeramente más pesado que el protón, aunque se consideran casi iguales.

Resultado:
e−<p+<n0\boxed{e^- < p^+ < n^0}

Ejercicio 4

Si comparamos un átomo con un estadio de fútbol, ¿en qué parte del estadio se encontraría concentrada casi toda la masa?

Ver solución

Razonamiento:
En el modelo atómico, el núcleo es una zona central extremadamente pequeña pero densa, mientras que la periferia es vasta y casi vacía. El núcleo contiene los protones y neutrones, que son las partículas pesadas.

Resultado:
En el nuˊcleo (centro del estadio)\boxed{\text{En el núcleo (centro del estadio)}}

Ejercicio 5

Un átomo pierde todos sus electrones en una reacción extrema. ¿Cómo cambia su masa total en uma?

Ver solución

Razonamiento:
Dado que la masa de un electrón es ≈0 uma\approx 0 \text{ uma}, la pérdida de estos no afecta el número entero de la masa atómica. La masa reside en el núcleo (protones y neutrones), el cual permanece intacto.

Resultado:
No cambia significativamente (se mantiene igual)\boxed{\text{No cambia significativamente (se mantiene igual)}}

Ejercicio 6

Según la analogía de la lección, si el protón es una bola de boliche, ¿qué objeto representaría al electrón?

Ver solución

Razonamiento:
La analogía busca contrastar algo muy pesado con algo muy ligero para ilustrar la diferencia abismal de masa entre las partículas nucleares y las periféricas.

Resultado:
Un clip de papel\boxed{\text{Un clip de papel}}

Ejercicio 7

¿Qué partícula subatómica tiene una masa de aproximadamente 1.67×10−271.67 \times 10^{-27} kg y no posee carga eléctrica?

Ver solución

Razonamiento:

  • Masa ≈1.67×10−27\approx 1.67 \times 10^{-27} kg identifica a un nucleón (protón o neutrón).
  • Sin carga eléctrica = Neutro.

Resultado:
El Neutroˊn (n0)\boxed{\text{El Neutrón } (n^0)}

Ejercicio 8

Se tiene un átomo de Helio con 2 protones, 2 neutrones y 2 electrones. ¿Qué porcentaje aproximado de su masa total aporta la periferia (electrones)?

Ver solución

Razonamiento:
La periferia contiene solo electrones. Como aprendimos, el núcleo aporta el 99.9% de la masa total debido a que los protones y neutrones son los "pesos pesados".

Resultado:
Menos del 0.1%\boxed{\text{Menos del } 0.1\%}

Ejercicio 9

Si sumamos la masa de 1 protón (p+p^+) y 1 neutrón (n0n^0), ¿cuál es el valor aproximado en unidades de masa atómica (uma)?

Ver solución

Razonamiento:
En el sistema de unidades uma:

  • m(p+)≈1 umam(p^+) \approx 1 \text{ uma}
  • m(n0)≈1 umam(n^0) \approx 1 \text{ uma}
Suma=1+1\text{Suma} = 1 + 1

Resultado:
2 uma\boxed{2 \text{ uma}}

Ejercicio 10

¿Por qué los científicos utilizan la unidad "uma" en lugar de "kilogramos" para describir la masa de un átomo?

Ver solución

Razonamiento:
La masa en kg de un átomo involucra exponentes como 10−2710^{-27}, lo cual es difícil de manejar en cálculos diarios. La unidad uma escala estos valores a números simples (1, 2, 12, etc.) basados en la masa de las partículas fundamentales.

Resultado:
Para manejar nuˊmeros maˊs sencillos y praˊcticos\boxed{\text{Para manejar números más sencillos y prácticos}}

🔑 Resumen

resumen-masa-de-las-pasrticulas-subatomicas

ConceptoAnalogíaConclusión
Masa del NúcleoBola de Boliche 🎳Aquí está el 99.9% de la masa.
Masa de los ElectronesClip de Papel 📎Son tan ligeros que a veces los ignoramos.

Conclusión: La masa del átomo vive en el núcleo. La periferia es casi vacío.