Isótopos, isótonos, isóbaros e isoelectrónicos

En la química y la física, existen términos que ayudan a describir las similitudes y diferencias entre átomos de diferentes elementos o incluso entre átomos del mismo elemento. Conceptos como isótopos, isótonos, isóbaros e isoelectrónicos son fundamentales para comprender las relaciones atómicas y cómo se comportan los átomos en diferentes contextos. En esta clase, exploraremos estos términos en detalle, aprendiendo cómo se definen y cómo se utilizan en la química.

Objetivo de aprendizaje

• Diferenciar entre isótopos, isótonos, isóbaros e isoelectrónicos, utilizando ejemplos y ejercicios para reforzar el conocimiento.

1. Isótopos

Como se explicó en clases anteriores, los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen el mismo número de protones (número atómico) pero diferente número de neutrones, lo que resulta en diferentes masas atómicas.

Aunque tienen diferentes masas, los isótopos de un elemento tienen propiedades químicas casi idénticas porque tienen el mismo número de electrones.

Ejemplo:

• Carbono-12 (¹²C): 6 protones y 6 neutrones.
• Carbono-14 (¹⁴C): 6 protones y 8 neutrones.

2. Isótonos

Los isótonos son átomos de diferentes elementos que tienen el mismo número de neutrones pero diferente número de protones. Esto significa que los isótonos tienen diferentes números atómicos y, por lo tanto, diferentes propiedades químicas.

Ejemplo:

• Carbono-14 (¹⁴C): 6 protones y 8 neutrones.
• Nitrógeno-15 (¹⁵N): 7 protones y 8 neutrones.

3. Isóbaros

Los isóbaros son átomos de diferentes elementos que tienen la misma masa atómica pero diferente número de protones y neutrones. A pesar de tener la misma masa, los isóbaros tienen diferentes propiedades químicas porque pertenecen a diferentes elementos.

Ejemplo:

• Carbono-14 (¹⁴C): 6 protones y 8 neutrones.
• Nitrógeno-14 (¹⁴N): 7 protones y 7 neutrones.

4. Isoelectrónicos

Los isoelectrónicos son átomos, iones o moléculas que tienen el mismo número de electrones y una estructura electrónica similar, pero pertenecen a diferentes elementos o compuestos. Debido a su estructura electrónica similar, los isoelectrónicos suelen tener propiedades físicas y químicas comparables.

Ejemplo:

• Ión cloruro (Cl⁻): 17 protones, 18 electrones.
• Átomo de argón (Ar): 18 protones, 18 electrones.

Otros ejemplos:

1. Isótopos:
   • El hidrógeno tiene tres isótopos principales: protio (¹H), deuterio (²H) y tritio (³H).
   • Aunque todos tienen un protón, difieren en el número de neutrones: 0, 1 y 2, respectivamente.
     
2. Isótonos:
   • Oxígeno-16 (¹⁶O) y nitrógeno-15 (¹⁵N) son isótonos porque ambos tienen 8 neutrones.
     
3. Isóbaros:
   • El cloro-40 (⁴⁰Cl) y el potasio-40 (⁴⁰K) son isóbaros, ambos con masa atómica 40, pero tienen diferentes números de protones y neutrones.
     
4. Isoelectrónicos:
   • El ión óxido (O²⁻) y el ión fluoruro (F⁻) son isoelectrónicos porque ambos tienen 10 electrones.

Ejercicios de práctica

1. Identifica y clasifica los siguientes pares de átomos:

a) Carbono-12 y carbono-14.
b) Nitrógeno-14 y oxígeno-15.
c) Cloro-35 y argón-36.
d) Sodio (Na⁺) y neón (Ne).

2. Determina si los siguientes pares de especies son isótopos, isótonos, isóbaros o isoelectrónicos:

a) Al³⁺ y Mg²⁺
b) K⁺ y Cl⁻
c) O²⁻ y F⁻
d) Ca²⁺ y Ar

3. Calcula el número de protones, neutrones y electrones en los siguientes isótopos:

a) Neón-20
b) Uranio-235
c) Hierro-56

Video de repaso