El átomo: partículas, número atómico, número másico e isótopos

Esta lección es parte de Temario de Química de Décimo año Lección 4 de 14

Por Andrea del Carmen actualizado el 27 de octubre de 2026 11 min de lectura

Si pudieras dividir un trozo de cobre una y otra vez, llegarías a una partícula que todavía es cobre: el átomo. Pero el átomo tampoco es una bolita indivisible: tiene un núcleo con protones y neutrones, rodeado de electrones. Contar esas partículas permite distinguir un elemento de otro y entender por qué existen versiones distintas de un mismo elemento, los isótopos.

En esta lección vas a repasar las partículas subatómicas, el número atómico y el número másico, los isótopos, la masa atómica promedio y el uso de algunos isótopos en la medicina.

Definición

El átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva su identidad química. Tiene un núcleo, donde están los protones (con carga positiva) y los neutrones (sin carga), y electrones (con carga negativa) que se mueven alrededor del núcleo. El número atómico (Z) es la cantidad de protones, y el número másico (A), la suma de protones y neutrones.

Las partículas subatómicas#

Las partes del átomo se descubrieron poco a poco. Según la Fundación Nobel, en 1897 J. J. Thomson demostró que los rayos catódicos están formados por partículas, los electrones, y concluyó que forman parte de los átomos. El Instituto Estadounidense de Física (AIP) recuerda que en 1911 Ernest Rutherford concluyó que la mayor parte de la masa del átomo y de su carga están concentradas en un cuerpo central muy pequeño, al que después se llamó núcleo. Y en 1932 James Chadwick probó la existencia del neutrón, una partícula sin carga con una masa parecida a la del protón.

Partícula	Carga	Masa (kg)	Masa (u)	Ubicación
Protón (p⁺)	+1	1,672 621 925 95 × 10⁻²⁷	1,007 276	Núcleo
Neutrón (n⁰)	0	1,674 927 500 56 × 10⁻²⁷	1,008 665	Núcleo
Electrón (e⁻)	−1	9,109 383 7139 × 10⁻³¹	0,000 548 6	Alrededor del núcleo

Los valores son los recomendados por CODATA en 2022 y publicados por el NIST, el instituto de normas de Estados Unidos. La carga +1 o −1 equivale a la carga elemental, e = 1,602 176 634 × 10⁻¹⁹ C, un valor exacto por definición. La unidad de masa atómica unificada (u) vale 1,660 539 068 92 × 10⁻²⁷ kg y es la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12, que por eso tiene una masa de exactamente 12 u.

Ejemplo. ¿Cuántas veces más masa tiene un protón que un electrón?

Solución. Se dividen las masas: 1,672 621 925 95 × 10⁻²⁷ kg ÷ 9,109 383 7139 × 10⁻³¹ kg ≈ 1836. El NIST da para esta razón 1836,152 673 426. El neutrón, en cambio, tiene apenas un 0,14 % más masa que el protón. Por eso casi toda la masa del átomo está en el núcleo, y por eso el número másico cuenta solo protones y neutrones.

Número atómico, número másico y neutrones#

El número atómico (Z) identifica al elemento: todo átomo con 26 protones es hierro, y todo átomo con 6 protones es carbono. El número másico (A) es un número entero que cuenta las partículas del núcleo. Un núclido se escribe con A arriba y Z abajo, a la izquierda del símbolo: ²³₁₁Na.

Fórmula

N = A − Z

N es el número de neutrones, A el número másico y Z el número atómico. En un átomo neutro, el número de electrones es igual a Z.

Un ion es un átomo que ganó o perdió electrones; sus protones no cambian. Si pierde electrones queda con carga positiva (catión), y si los gana, con carga negativa (anión). Para saber cuántos electrones tiene, se resta la carga al número atómico: electrones = Z − carga.

Especie	Z	A	Protones	Neutrones	Electrones
¹²C	6	12	6	6	6
²³Na	11	23	11	12	11
⁵⁶Fe	26	56	26	30	26
⁴⁰Ca²⁺	20	40	20	20	18
³⁵Cl⁻	17	35	17	18	18

Ejemplo. Completa los datos del ion ⁴⁰Ca²⁺, sabiendo que el calcio tiene Z = 20.

Solución. Protones: 20, los mismos de cualquier átomo de calcio. Neutrones: N = A − Z = 40 − 20 = 20. Electrones: como la carga es 2+, el ion perdió dos electrones: 20 − 2 = 18.

Los electrones cambian por completo el comportamiento de un elemento. La Real Sociedad de Química del Reino Unido (RSC) describe el sodio metálico como un metal que reacciona vigorosamente con el agua; en cambio, el ion Na⁺, con un electrón menos, es parte de la sal de mesa. Los dos tienen 11 protones: son el mismo elemento en estados distintos.

Los isótopos#

El glosario del programa del MEP define los isótopos como átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número de neutrones. Tienen el mismo Z y distinto A, y se nombran con su número másico: carbono-12, carbono-13, carbono-14. Como tienen los mismos electrones, sus propiedades químicas son prácticamente iguales; lo que cambia es la masa y la estabilidad del núcleo.

Isótopo	Protones	Neutrones	Composición isotópica representativa (NIST)
Hidrógeno-1 (protio)	1	0	0,999 885
Hidrógeno-2 (deuterio)	1	1	0,000 115
Hidrógeno-3 (tritio)	1	2	Sin valor representativo
Carbono-12	6	6	0,9893
Carbono-13	6	7	0,0107
Carbono-14	6	8	Sin valor representativo

La composición isotópica es la fracción de átomos de cada isótopo: de cada 10 000 átomos de carbono, unos 9893 son de carbono-12 y unos 107 de carbono-13. El NIST no da una composición representativa para el tritio ni para el carbono-14. Algunos elementos tienen un solo isótopo natural: según la Comisión de Abundancias Isotópicas y Pesos Atómicos de la IUPAC (CIAAW), todo el yodo natural es yodo-127.

La masa atómica promedio#

¿Por qué la tabla periódica da para el cloro 35,45 y no 35 ni 37? Porque el cloro natural es una mezcla de isótopos, y su masa atómica es el promedio ponderado de las masas de sus isótopos: cada masa se multiplica por su abundancia.

Fórmula

masa atómica promedio = m₁ · x₁ + m₂ · x₂ + …

m es la masa de cada isótopo (en u) y x su abundancia como fracción decimal (el porcentaje dividido entre 100). Las fracciones suman 1.

Ejemplo. Según el NIST, el cloro-35 tiene una masa de 34,968 852 682 u y una abundancia de 0,7576, y el cloro-37, una masa de 36,965 902 602 u y una abundancia de 0,2424. Calcula la masa atómica promedio del cloro.

Solución. 34,968 852 682 · 0,7576 ≈ 26,492 y 36,965 902 602 · 0,2424 ≈ 8,961. La suma es 26,492 + 8,961 ≈ 35,453 u. La CIAAW da como valor abreviado 35,45: coincide. El resultado queda más cerca de 35 que de 37 porque el cloro-35 es el isótopo más abundante.

Ejemplo. El magnesio tiene tres isótopos naturales. Con los datos del NIST (magnesio-24: 23,985 041 697 u y 0,7899; magnesio-25: 24,985 836 976 u y 0,1000; magnesio-26: 25,982 592 968 u y 0,1101), calcula su masa atómica promedio.

Solución. Primero se comprueba que las abundancias sumen 1: 0,7899 + 0,1000 + 0,1101 = 1. Luego: 23,985 041 697 · 0,7899 ≈ 18,946; 24,985 836 976 · 0,1000 ≈ 2,499, y 25,982 592 968 · 0,1101 ≈ 2,861. La suma es ≈ 24,305 u, el mismo valor que da la CIAAW.

Por eso la masa atómica promedio casi nunca es un número entero, y siempre queda entre la masa del isótopo más liviano y la del más pesado. Si un isótopo es mucho más abundante que los demás, como el magnesio-24, el promedio queda cerca de su masa.

Isótopos, radiación y medicina#

Algunos isótopos tienen núcleos inestables. La Organización Mundial de la Salud (OMS) llama radionúclidos a los elementos inestables que se desintegran y emiten radiación ionizante, que puede salir en forma de ondas electromagnéticas o de partículas, como las alfa, las beta o los neutrones. Cada radionúclido se caracteriza por su semivida y por el tipo y la energía de la radiación que emite. Esa radiación puede dañar los tejidos, pero también se aprovecha en la medicina:

Diagnóstico. El Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería de EE. UU. (NIBIB) explica que la medicina nuclear inyecta moléculas radiactivas, llamadas trazadores, para estudiar cómo funciona el cuerpo. Para la tomografía por emisión de positrones (PET), cuyo propósito principal es detectar el cáncer, el NIBIB describe la fluorodesoxiglucosa marcada con flúor-18 como el radiofármaco más general y mejor disponible.
Tratamiento. MedlinePlus explica que la terapia con yodo radiactivo (yodo-131) se usa para tratar el hipertiroidismo y el cáncer de tiroides: la tiroides absorbe la mayor parte de ese yodo y la radiación mata sus células, mientras que la mayoría de las demás células del cuerpo absorben poco yodo.

Según una nota descriptiva de la OMS del 27 de julio de 2023, cada año se hacen en el mundo unos 40 millones de pruebas de medicina nuclear y 8,5 millones de tratamientos con radioterapia. La OMS advierte que, por encima de ciertos umbrales, la radiación afecta el funcionamiento de órganos y tejidos, y que incluso con dosis bajas sigue existiendo un riesgo de efectos a largo plazo, como la catarata o el cáncer, con una probabilidad proporcional a la dosis. Por eso, según el NIBIB, los médicos procuran que la exposición sea la menor posible.

Ejemplo. Compara el núcleo del yodo-131 de la terapia con el del yodo-127 natural. El yodo tiene Z = 53.

Solución. Los dos tienen 53 protones: son el mismo elemento y la tiroides los absorbe igual. Los neutrones son N = 127 − 53 = 74 en el yodo-127 y N = 131 − 53 = 78 en el yodo-131. Con esos 4 neutrones de más, el núcleo del yodo-131 es inestable y emite radiación: por eso se habla de «yodo radiactivo».

Ponte a prueba#

¿Cuántos protones, neutrones y electrones tiene un átomo neutro de cobre-65, si el cobre tiene número atómico 29?#

Los protones son siempre iguales al número atómico: 29. Los neutrones se obtienen restando: N = A − Z = 65 − 29 = 36. Como el átomo es neutro, tiene tantos electrones como protones: 29. Si fuera el ion Cu²⁺, conservaría los 29 protones y los 36 neutrones, pero tendría 27 electrones.

¿Cuántos electrones tiene el ion sulfuro, S²⁻, si el azufre tiene número atómico 16?#

Un átomo neutro de azufre tiene 16 electrones, tantos como protones. La carga 2− indica que el ion ganó dos electrones, así que tiene 16 + 2 = 18 electrones. Con la fórmula electrones = Z − carga: 16 − (−2) = 18. Sus 16 protones no cambian, y por eso sigue siendo azufre.

¿Por qué el carbono-12 y el carbono-14 son el mismo elemento?#

Porque los dos tienen 6 protones, y es el número de protones, el número atómico, lo que define al elemento. Se diferencian en los neutrones: el carbono-12 tiene 12 − 6 = 6 y el carbono-14 tiene 14 − 6 = 8. Son isótopos del carbono: tienen casi las mismas propiedades químicas, pero distinta masa y distinta estabilidad del núcleo.

¿Qué porcentaje de cobre-63 tiene el cobre natural si su masa atómica promedio es 63,546 u?#

Con las masas del NIST, 62,929 597 72 u para el cobre-63 y 64,927 789 70 u para el cobre-65, y llamando x a la fracción de cobre-63: 62,929 597 72 · x + 64,927 789 70 · (1 − x) = 63,546. Al despejar, x = (64,927 789 70 − 63,546) ÷ (64,927 789 70 − 62,929 597 72) ≈ 0,6915. Es decir, cerca del 69,15 %, el mismo valor que publica el NIST.

¿Qué masa atómica promedio tendría un elemento hipotético con un 20 % de átomos de 10,0 u y un 80 % de átomos de 11,0 u?#

Los porcentajes se pasan a fracciones: 0,20 y 0,80, que suman 1. La masa promedio es 10,0 · 0,20 + 11,0 · 0,80 = 2,0 + 8,8 = 10,8 u. El resultado queda más cerca de 11,0 que de 10,0 porque el isótopo de 11,0 u es el más abundante, y no es un número entero, como pasa en la tabla periódica.