Estructura del átomo, iones e isótopos
Cómo calcular protones, neutrones y electrones
Al terminar vas a poder calcular protones, neutrones y electrones de cualquier átomo con solo dos números, decidir si una partícula es un átomo neutro, un catión o un anión, y reconocer cuándo dos átomos son isótopos del mismo elemento.
Los dos números que trae la tabla periódica
Todo el cálculo sale de dos datos, y conviene tener clarísimo qué cuenta cada uno.
El número atómico (Z) cuenta protones. Nada más. Es el número que identifica al elemento: si hay 6 protones es carbono, si hay 8 es oxígeno, y no hay forma de que sea otra cosa. Cambiar Z es cambiar de elemento.
El número másico (A) cuenta protones más neutrones, o sea, las partículas que están en el núcleo. Se llama «másico» porque casi toda la masa del átomo está ahí: protones y neutrones pesan mucho más que los electrones.
Z cuenta protones. A cuenta lo que hay en el núcleo. Los neutrones son la resta: A − Z.
No hay que buscar un tercer número: los neutrones nunca vienen dados, siempre se deducen.
De ahí sale la primera regla y es la única fórmula que se necesita para el núcleo:
neutrones = A − Z
El tercer dato: la carga, que solo toca a los electrones
Los electrones están por fuera del núcleo y son los únicos que se ganan o se pierden con facilidad. Por eso la carga eléctrica del átomo se explica siempre comparando electrones contra protones.
En un átomo neutro, la cantidad de electrones es igual a la de protones: las cargas negativas cancelan a las positivas. Entonces electrones = Z.
Cuando el átomo pierde electrones, le sobran protones: queda con carga positiva y se llama catión. Cuando gana electrones, le sobran cargas negativas: queda negativo y se llama anión.
Fijate en la lógica del signo, que es lo que más se enreda: la carga positiva no significa que ganó protones. Los protones no se mueven. La carga positiva significa que perdió electrones.
De ahí sale la segunda regla:
electrones = Z − carga
Restar la carga con su signo resuelve los dos casos de un solo golpe. Si la carga es 2+, electrones = Z − 2. Si la carga es 1−, electrones = Z − (−1) = Z + 1.
| Partícula | Protones | Electrones | Carga |
|---|---|---|---|
| Átomo neutro | Z | Z | 0 |
| Catión | Z | menos que Z | positiva |
| Anión | Z | más que Z | negativa |
Isótopos: mismo elemento, distinto núcleo
Dos átomos son isótopos cuando tienen el mismo Z y distinto A. Como Z es el mismo, son el mismo elemento: tienen los mismos protones y, si están neutros, los mismos electrones. Lo único que cambia es la cantidad de neutrones, y por eso cambia la masa.
Por eso los isótopos se nombran con el número másico: carbono-12 y carbono-14 son los dos carbono, los dos tienen 6 protones; uno tiene 6 neutrones y el otro tiene 8.
Aquí conviene no confundir dos cosas que se parecen:
- Cambia A con el mismo Z → son isótopos, sigue siendo el mismo elemento.
- Cambia el número de electrones → es un ion, sigue siendo el mismo elemento.
- Cambia Z → ya es otro elemento.
Cómo se lee el símbolo
En la notación química, el número másico se escribe arriba a la izquierda del símbolo y el número atómico abajo a la izquierda: ³⁵₁₇Cl se lee «cloro con A = 35 y Z = 17». La carga, si la hay, va arriba a la derecha: Na⁺, Cl⁻, Ca²⁺, O²⁻.
Una advertencia de lectura: el número de arriba a la izquierda es masa, el de arriba a la derecha es carga. Se ven parecidos y están en la misma línea, pero hacen cosas distintas.
Ejemplos resueltos
1. Un átomo de sodio tiene Z = 11 y A = 23, y está neutro. ¿Cuántas partículas de cada tipo tiene? Protones = Z = 11. Neutrones = A − Z = 23 − 11 = 12. Electrones = Z = 11, porque es neutro.
2. El ion Na⁺ tiene Z = 11 y A = 23. ¿Cuántos electrones tiene? Electrones = Z − carga = 11 − 1 = 10. Los protones siguen siendo 11 y los neutrones 12: al formarse el ion no se tocó el núcleo. Por eso sigue siendo sodio.
3. El ion O²⁻ tiene Z = 8 y A = 16. Calculá todo. Protones = 8. Neutrones = 16 − 8 = 8. Electrones = Z − carga = 8 − (−2) = 10. Ganó dos electrones, por eso quedó con dos cargas negativas de más.
4. Un átomo tiene 17 protones y 18 neutrones; otro tiene 17 protones y 20 neutrones. ¿Qué relación hay entre ellos? Son isótopos del cloro. Mismo Z = 17, distinto A: 17 + 18 = 35 y 17 + 20 = 37. Son el mismo elemento con distinta masa.
5. Una partícula tiene 20 protones y 18 electrones. ¿Qué es y cuál es su carga? Como Z = 20, es calcio. Tiene dos electrones menos que protones, entonces le sobran dos cargas positivas: es el catión Ca²⁺.
6. Si un átomo pierde un neutrón, ¿deja de ser ese elemento? No. La identidad la da Z, que cuenta protones. Perder un neutrón cambia A y lo convierte en otro isótopo del mismo elemento.
Los errores que más se cobran
- Restar Z − A en vez de A − Z. Sale un número negativo, y no existen neutrones negativos. El orden no es capricho: A es el total del núcleo y Z es una parte de ese total, así que la parte se le resta al total.
- Creer que un ion positivo ganó protones. Los protones están en el núcleo y no se mueven en una reacción química. La carga siempre se explica por electrones.
- Sumar la carga en vez de restarla. Al hacerlo, un catión te queda con más electrones, que es justo lo contrario. La fórmula electrones = Z − carga con el signo incluido evita el enredo.
- Confundir isótopo con ion. El isótopo cambia en el núcleo (neutrones, A); el ion cambia por fuera (electrones, carga). Si los mezclás, terminás diciendo que un isótopo tiene carga.
- Cambiar de elemento sin darse cuenta. Si en un ejercicio te sale un número de protones distinto al del enunciado, hay error: cambiar protones es cambiar de elemento, y eso no pasa por ganar o perder electrones.
- Leer mal la notación. El número de arriba a la izquierda es el másico; el de arriba a la derecha es la carga. Tomar uno por el otro daña todo el cálculo desde el primer paso.
Clave de análisis
Todo este tema se sostiene en una sola idea: el núcleo y la corteza se cuentan aparte. En el núcleo están protones y neutrones, y ahí manda A; por fuera están los electrones, y ahí manda la carga. Si tenés eso claro, no necesitás recordar fórmulas sueltas: los protones son Z porque Z es la cuenta de protones; los neutrones son A − Z porque A es el total del núcleo; y los electrones son Z ajustados por la carga, porque la carga es exactamente el desbalance entre positivos y negativos.
De ahí se deduce lo demás. Si cambia A y no Z, el núcleo pesa distinto pero el elemento es el mismo: eso es un isótopo. Si cambia el conteo de electrones, la identidad no se toca pero aparece carga: eso es un ion, catión si perdió y anión si ganó. Y si cambiara Z, ya estarías hablando de otro elemento. Con esas tres distinciones podés resolver cualquier ejercicio del tema aunque te den los datos en desorden.