Bloque II Parte II Química I

2. EL LENGUAJE DE LA QUÍMICA
2.2. Elementos, iones e isótopos y elementos que
presentan alotropía.

3. • Lectura:
Isotopos
• Mapa mental de la lectura

4. Tipos de átomos
• Isótopos
• Iones
• Isoeléctricos
• Isobaros
• Isótonos
• Alótropos

5. Tipos de átomos
• Isótopos:
- Átomos de un mismo
elemento
- Tienen = Z y ≠ A
De manera experimental, Frederick
Soddy (1921 Nobel) demostró que
los átomos de un mismo elemento
no tenían, necesariamente, la
misma masa.
(iso=iguales, topos=lugar)

6. Definición: son los átomos de un
mismo elemento que tienen igual
número de protones pero diferente
número de neutrones
DEUTERIO TRITIO
PROTIO
Más común

7. Isotopos
• Thomson: descubre que el Ne tiene
dos átomos con masas diferentes,
calcula que el numero de
neutrones es diferente.

9. Funciones:
Carbono 12 es el más abundante, es la base referencial de peso atómico de
cualquier elemento
Carbono 13 es el único con propiedades magnéticas
Carbono 14 es muy productivo y tiene un tiempo de vida media que es de
5730 años.
*

10. Los isótopos estables del carbono
Es el isótopo de carbono más
abundante (98.93 %), y sobre el cual se
define el mol (el mol es la cantidad de
sustancia de un sistema que contiene
tantas entidades elementales como
átomos hay en 0.012 kilogramos de
carbono 12).
Aunque el 13C es un isótopo de
carbono menos abundante
que el 12C (1.07 %), también es
estable físicamente.

11. Los isótopos inestables del carbono
Además de estos dos isótopos estables, se conocen diversos isótopos inestables (que se
descomponen radioactivamente), desde el 8C hasta el 22C. De todos ellos, debido a que es el único
que podemos encontrar en la naturaleza, destaca el isótopo 14C.
El 14C se forma continuamente en la atmósfera por interacción de la radiación cósmica con 14N, el
componente mayoritario del aire. La radiación cósmica está formada por protones, rayos alfa,
rayos beta y radiación electromagnética. Cuando los rayos cósmicos penetran en la atmósfera
sufren diversas transformaciones, entre ellas la producción de neutrones.
Estos neutrones pueden participar en la siguiente reacción:
1
0n + 14
7N → 14
6C + 1
1H

12. Aunque sólo existe a nivel de trazas (1 ppt del total del
carbono) y es inestable, tiene una semivida bastante elevada
(5730 años), descomponiéndose mediante una
desintegración β- a 14N, por conversión de un neutrón a
protón, y emisión de un electrón y un antineutrino electrónico
(partícula sin carga, y prácticamente sin masa, con la que el
sistema conserva el momento angular):
14
6C → 14
7N + 0
-1e + e

13. El 14C así formado en las capas altas de la atmósfera, reacciona rápidamente con el oxígeno
para formar 14CO2. Como las propiedades químicas y físicas de los distintos isótopos del
carbono son similares, este 14CO2 se introduce en la biosfera por fotosíntesis y por
absorción en los océanos.
Los seres vivos asimilan los tres isótopos de carbono (12C, 13C y 14C) continuamente: el
proceso de fotosíntesis incorpora el átomo radiactivo en las plantas, de manera que la
proporción 14C/12C en éstas es similar al atmosférico. Los animales incorporan, por
ingestión, el carbono de las plantas o de otros animales, por lo que su contenido en 14C
también permanece en equilibrio con el atmosférico.
Al morir los seres vivos cesan su metabolismo, dejan de asimilar carbono, y a partir de
dicho momento su contenido en 14C comienza a disminuir, y con ello la relación 14C/12C.

14. • En la actualidad es posible conocer los distintos tipos de
isótopos que presenta un elemento en su estado natural y
además es posible saber en que proporción o cantidad se
encuentran gracias a la tecnología del espectrógrafo de masas.
• El espectrógrafo de masas es un aparato en que por descargas
eléctricas los átomos de un elemento se transforman en iones
positivos. Estos iones son conducidos a la forma de un haz
lineal hasta una zona en que son desviados mediante
dispositivos magnéticos o eléctricos de acuerdo a la masa del
ión (los iones más pesados se desvían menos). Así los iones en
diferentes haces según su masa son detectados y cuantificados.

16. Esto quiere decir:
• Si se tiene una muestra de nitrógeno de 100 g, 99.635
g son de átomos de nitrógeno-14 (con 7 protones y 7
neutrones en el núcleo) y 0.365 g son de átomos de
nitrógeno-15 (con 7 protones y 8 neutrones en el
núcleo)
• Esto es independiente del origen de la muestra, si el
nitrógeno es obtenido de la atmósfera, de un recipiente
con nitrógeno líquido, etc. Esa composición no varía.

17. Masa atómica ó masa isotópica

19. Definición complementaria de
elemento
• Es el conjunto de átomos que poseen el
mismo número atómico. Está constituido por
uno o varios isótopos.
Ejemplo: El azufre, tiene un peso atómico
promedio de 32.06 que resulta de la mezcla
de:
• azufre-32, azufre-33, azufre-34 y azufre-36,
cada uno con un porcentaje en la naturaleza.

20. Peso o masa atómica
• Es el promedio de las masas y los
porcentajes de abundancia de los isótopos
existentes para un elemento en particular.
Para medir la masa de los isótopos tomaron
como referencia al carbono-12 (6 protones y 6
neutrones en su núcleo) y le asignaron un
valor de 12 umas (unidades de masa atómica)
Por lo tanto, 1 uma es 1/12 de la masa de UN átomo de carbono-12
Es una unidad relativa de masa

21. Calculo de la masa atómica ó Masa
isotópica de un elemento
• La masa promedio de un elemento, se
multiplica las masas de sus isotopos por el
porcentaje de abundancia y estos productos
se suman.
1 uma= ½ parte de la masa del átomo de C12
1 uma= Que es aproximadamente la masa de un protón o un neutrón = 1.67x 1027 Kg

22. Calcula masa del elemento llamado litio:
Sabiendo que presenta dos isótopos
naturales: Li-6 (cuya masa es 6.015 uma
y tiene una abundancia del 7.4 %) y el
Li-7 (de masa 7.016 uma y una
abundancia del 92.6 %)

31. • Uno de los componentes más dañinos de los
residuos nucleares es un isotopo radiactivo del
estroncio 90Sr38; puede depositarse en los
huesos, donde sustituye el calcio. ¿Cuántos
protones y neutrones hay en el núcleo del Sr-
90?
EJERCICIOS

32. • Un isotopo de cobalto (Co) es utilizado en
radioterapia para algunos tipos de cáncer.
Escriba los símbolos nucleares de tres tipos de
isotopos de cobalto (Z=27) en los que hay 29,
31 y 33 neutrones, respectivamente.

33. • El magnesio tiene tres isótopos, cuyos
números de masa son 24, 25 y 26. Escribir la
representación isotópica completa para cada
uno de ellos. ¿Cuántos neutrones tiene cada
isótopo del magnesio, cuantos protones y
electrones? (Z=12)

34. • Se determinó que el silicio (Si) posee 3
isótopos diferentes: silicio-28, silicio-29 y
silicio-30, de masas atómicas: 27.9858 uma,
28.5859 uma y 29.9831 uma con abundancia
relativa de 92.2700%, 4.6800% y 3.0500%.
Calcule el peso atómico del silicio.

35. • El Boro (B) natural consta de 80.00% de boro-
11 cuya masa es de 11.01 uma y 20.00% de
otro isotopo. Para poder explicar el peso
atómico de 10.81 cual debe ser la masa
núclida del otro isótopo.

36. • El antimonio (Sb) consta de 2 isótopos: el
antimonio-121 y el antimonio-123. Calcúle la
masa atómica del antimonio (con cuatro cifras
significativas) con los siguientes datos:
120.9038 con 57.25% y 122.9041 con 42.75%.

37. • El galio (Ga) consta de los siguientes isótopos:
galio-69 con una masa de 68.926 uma y el
galio-71 con una masa de 70.925 uma. El peso
atómico calculado para este elemento es de
69.720 uma. Calcule el porcentaje de
abundancia de cada uno de los isótopos.

38. • Hay dos isótopos naturales del nitrógeno, el
nitrógeno-14 y el nitrógeno-15 cuyas masas
son 14.0031 uma y 15,0001 uma
respectivamente. Empleando el peso atómico
del nitrógeno de 14.006 uma determine el
porcentaje de abundancia de cada isótopo.

39. Algunos Usos de los isotopos
• Las radiaciones y la radioterapia
• La esterilización
• Las protección de las obras de arte.
• La producción de electricidad

40. Aplicaciones
• Co-60 Tratamiento de varios tipos de cáncer
por radiación y la inactividad de las enzimas
para la preservación de los alimentos.
• I-131 Medición de la actividad de hígado y
la detección y tratamiento de glándula
tiroides.
• Fe-59 Medición de formación y vida medio
de los glóbulos rojos

41. • C-14 Datación de restos de materia orgánica:
fósiles, útil en arqueología, etc
• Ir-193 Producción de imágenes de cerebro
• Na-24 Detección de problemas del sistema
circulatorio por obstrucción.

42. • Ejercicios ISOTOPOS
TAREA
• Investigación de alotropías
3 ejemplos de elementos que presentan
alotropías y sus usos.

43. Iones
• Catión: - pierden electrones
- Tienen Carga positiva
Ej: 11Na+
Átomos que
ganan o
pierden
electrones

44. • Anión: - Ganan electrones
- Tienen carga negativa
Ej: 17Cl-
Átomos que
ganan o
pierden
electrones

45. • Isóbaros:
- Átomos de distintos elementos
- Tienen igual A y diferente Z

46. • Isótonos:
- Átomos de distintos elementos
- Tienen igual número de neutrones, diferente Z
(número atómico) y diferente A (número de masa
atómica)

47. Isoelectrónicos
• Son átomos que tienen igual números de
electrones.
• Ejemplo
10Ne; 11Na+; 12Mg2+; 9F- = 10 e-

48. Alótropos
• Son las formas diferentes de un mismo
elemento.
• Ej. El carbón presenta varias formas
diferentes de estructura: el grafito, el
diamante, fullerenos.