Calculadora de Átomos
Calcula el número de protones, neutrones y electrones en cualquier átomo o ion. Determina la masa atómica, número másico, cargas de iones, explora isótopos y busca cualquier elemento en la tabla periódica.
¿Cómo se calculan protones, neutrones y electrones?
Cada átomo está compuesto por tres partículas subatómicas: protones (positivos), neutrones (neutros) y electrones (negativos). Así se encuentra cada uno:
- Protones: Igual al número atómico (Z) — se encuentra en la tabla periódica
- Neutrones: Número másico (A) menos número atómico (Z): N = A - Z
- Electrones: En átomos neutros, igual a los protones. En iones: Electrones = Z - Carga
El carbono-12 tiene 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones. Es un isótopo estable y representa el 98,9% del carbono natural.
La masa atómica calculada es aproximadamente 12,000 u. La masa real puede diferir ligeramente debido a la energía de enlace (defecto de masa).
El ion sodio (Na⁺) ha perdido 1 electrón y tiene 10 electrones con 11 protones. Esto crea una carga +1 y lo hace isoelectrónico con el neón.
📊 Los primeros 20 elementos
| Z | Símbolo | Nombre | Masa | Electrones |
|---|---|---|---|---|
| 1 | H | Hidrógeno | 1,008 | 1 |
| 2 | He | Helio | 4,003 | 2 |
| 3 | Li | Litio | 6,941 | 3 |
| 4 | Be | Berilio | 9,012 | 4 |
| 5 | B | Boro | 10,81 | 5 |
| 6 | C | Carbono | 12,01 | 6 |
| 7 | N | Nitrógeno | 14,01 | 7 |
| 8 | O | Oxígeno | 16,00 | 8 |
| 9 | F | Flúor | 19,00 | 9 |
| 10 | Ne | Neón | 20,18 | 10 |
| 11 | Na | Sodio | 22,99 | 11 |
| 12 | Mg | Magnesio | 24,31 | 12 |
| 13 | Al | Aluminio | 26,98 | 13 |
| 14 | Si | Silicio | 28,09 | 14 |
| 15 | P | Fósforo | 30,97 | 15 |
| 16 | S | Azufre | 32,07 | 16 |
| 17 | Cl | Cloro | 35,45 | 17 |
| 18 | Ar | Argón | 39,95 | 18 |
| 19 | K | Potasio | 39,10 | 19 |
| 20 | Ca | Calcio | 40,08 | 20 |
Las masas atómicas son promedios en unidades de masa atómica (u). Fuente: IUPAC 2021.
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Elige "Estructura Atómica" para encontrar protones/neutrones/electrones, "Masa Atómica" para cálculos de masa, "Calculadora de Iones" para átomos con carga, o "Buscar Elemento" para explorar la tabla periódica.
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Introduce el número atómico (Z), número másico (A) y la carga si corresponde. Usa los ejemplos rápidos para átomos comunes como Carbono-12 u Oxígeno-16.
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🔬 ¿Qué es un átomo?
Un átomo es la unidad más pequeña de materia que conserva todas las propiedades químicas de un elemento. La palabra "átomo" proviene del griego "atomos", que significa indivisible, aunque hoy sabemos que los átomos están compuestos por partículas aún más pequeñas llamadas partículas subatómicas.
📌 Definición Clave
Un átomo está compuesto por tres tipos de partículas subatómicas:
- Protones (p⁺): Carga positiva, ubicados en el núcleo, masa ≈ 1,007 u
- Neutrones (n⁰): Sin carga (neutros), ubicados en el núcleo, masa ≈ 1,009 u
- Electrones (e⁻): Carga negativa, orbitan alrededor del núcleo, masa ≈ 0,00055 u
Estructura de un átomo
Los átomos tienen dos regiones principales: el núcleo atómico en el centro, que contiene protones y neutrones (llamados colectivamente nucleones), y la nube electrónica que rodea el núcleo donde se encuentran los electrones.
Núcleo Atómico
Contiene el 99,9% de la masa del átomo. Formado por protones y neutrones unidos por la fuerza nuclear fuerte.
Nube Electrónica
Región donde es probable encontrar electrones. Los electrones ocupan niveles de energía llamados capas y orbitales.
Los protones definen la identidad
El número de protones determina qué elemento es un átomo. El carbono siempre tiene 6 protones; el oxígeno siempre tiene 8.
Neutralidad Eléctrica
En átomos neutros, protones = electrones, equilibrando las cargas positivas y negativas. Los iones tienen cantidades desiguales.
🔢 Número Atómico vs Número Másico
Dos números fundamentales definen cada átomo: el número atómico (Z) y el número másico (A). Entender la diferencia entre estos es esencial para los cálculos químicos.
🔵 Número Atómico (Z)
- Número de protones en el núcleo
- Define qué elemento es el átomo
- Se encuentra en la tabla periódica
- Nunca cambia para un elemento dado
- Ejemplo: Todos los átomos de carbono tienen Z = 6
🟢 Número Másico (A)
- Total de protones + neutrones
- Varía entre isótopos
- Siempre un número entero
- Se escribe como superíndice (ej: ¹²C)
- Ejemplo: Carbono-12 tiene A = 12; Carbono-14 tiene A = 14
Fórmulas Importantes
Donde: A = Número másico, Z = Número atómico (protones), N = Número de neutrones
Reorganizada para calcular neutrones: Neutrones = Número másico - Número atómico
💡 Ejemplo: Hierro-56
Dado: El hierro (Fe) tiene número atómico 26, y estamos considerando el isótopo Hierro-56
- Protones: Z = 26 (de la tabla periódica)
- Número másico: A = 56 (dado)
- Neutrones: N = A - Z = 56 - 26 = 30 neutrones
- Electrones: 26 (igual a protones para átomo neutro)
☢️ Entendiendo los Isótopos
Los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. Esto significa que tienen el mismo número atómico pero diferente número másico.
Por qué importan los isótopos
- Mismas propiedades químicas (mismo número de electrones)
- Diferentes propiedades físicas (diferentes masas)
- Algunos isótopos son estables; otros son radiactivos
- Se usan en medicina, datación e investigación
Ejemplos de isótopos comunes
| Elemento | Isótopo | Protones | Neutrones | Estabilidad | Uso |
|---|---|---|---|---|---|
| Hidrógeno | ¹H (Protio) | 1 | 0 | Estable | Forma más común |
| Hidrógeno | ²H (Deuterio) | 1 | 1 | Estable | Agua pesada, RMN |
| Hidrógeno | ³H (Tritio) | 1 | 2 | Radiactivo | Investigación de fusión |
| Carbono | ¹²C | 6 | 6 | Estable | 98,9% del carbono |
| Carbono | ¹³C | 6 | 7 | Estable | Espectroscopía RMN |
| Carbono | ¹⁴C | 6 | 8 | Radiactivo | Datación por radiocarbono |
| Uranio | ²³⁵U | 92 | 143 | Radiactivo | Combustible nuclear |
| Uranio | ²³⁸U | 92 | 146 | Radiactivo | 99,3% del uranio |
Notación de Isótopos
Los isótopos se escriben en el formato AZX, donde A es el número másico, Z es el número atómico y X es el símbolo del elemento. Dado que Z es redundante (el símbolo indica el elemento), a menudo se omite: ¹⁴C o Carbono-14.
🔌 Iones: Átomos con Carga
Un ion es un átomo o molécula que ha ganado o perdido uno o más electrones, adquiriendo así una carga eléctrica neta. A diferencia de los átomos neutros donde protones igual a electrones, los iones tienen un desequilibrio.
➕ Cationes (Iones Positivos)
- Se forman cuando los átomos pierden electrones
- Protones > Electrones
- Típicamente metales (Na⁺, Ca²⁺, Fe³⁺)
- Atraídos por electrodos negativos
- A menudo alcanzan configuración de gas noble
➖ Aniones (Iones Negativos)
- Se forman cuando los átomos ganan electrones
- Electrones > Protones
- Típicamente no metales (Cl⁻, O²⁻, N³⁻)
- Atraídos por electrodos positivos
- Completan su capa de valencia
Calcular electrones en iones
Ejemplos:
- Na⁺: 11 protones - (+1) carga = 10 electrones
- Cl⁻: 17 protones - (-1) carga = 18 electrones
- Ca²⁺: 20 protones - (+2) carga = 18 electrones
- O²⁻: 8 protones - (-2) carga = 10 electrones
Especies Isoelectrónicas
Las especies isoelectrónicas son átomos o iones con el mismo número de electrones. Por ejemplo, Ne, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, F⁻, O²⁻ y N³⁻ todos tienen 10 electrones y son isoelectrónicos con el neón.
| Especie | Protones | Electrones | Carga | Isoelectrónico con |
|---|---|---|---|---|
| Na⁺ | 11 | 10 | +1 | Neón (Ne) |
| Mg²⁺ | 12 | 10 | +2 | Neón (Ne) |
| F⁻ | 9 | 10 | -1 | Neón (Ne) |
| O²⁻ | 8 | 10 | -2 | Neón (Ne) |
| K⁺ | 19 | 18 | +1 | Argón (Ar) |
| Cl⁻ | 17 | 18 | -1 | Argón (Ar) |
⚡ Configuración Electrónica
La configuración electrónica describe cómo se distribuyen los electrones entre los diferentes orbitales atómicos de un átomo. Entender la configuración electrónica es clave para predecir el comportamiento químico y los enlaces.
📌 El Principio de Aufbau
Los electrones llenan los orbitales comenzando por el nivel de menor energía. El orden de llenado es:
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p
Capacidad de los Orbitales
Orbitales s
Forma esférica. Cada subcapa s contiene 2 electrones. Un orbital por subcapa.
Orbitales p
Forma de mancuerna. Cada subcapa p contiene 6 electrones. Tres orbitales por subcapa.
Orbitales d
Formas complejas. Cada subcapa d contiene 10 electrones. Cinco orbitales por subcapa.
Orbitales f
Formas muy complejas. Cada subcapa f contiene 14 electrones. Siete orbitales por subcapa.
Ejemplos de Configuraciones Electrónicas
| Elemento | Z | Configuración Completa | Notación de Gas Noble | e⁻ Valencia |
|---|---|---|---|---|
| Hidrógeno | 1 | 1s¹ | 1s¹ | 1 |
| Carbono | 6 | 1s² 2s² 2p² | [He] 2s² 2p² | 4 |
| Oxígeno | 8 | 1s² 2s² 2p⁴ | [He] 2s² 2p⁴ | 6 |
| Sodio | 11 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ | [Ne] 3s¹ | 1 |
| Cloro | 17 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ | [Ne] 3s² 3p⁵ | 7 |
| Hierro | 26 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶ | [Ar] 4s² 3d⁶ | 2 (o 8) |
⚠️ Excepciones a las Reglas
Algunos elementos tienen configuraciones electrónicas inesperadas debido a la estabilidad de los orbitales d semillenos o completamente llenos:
- Cromo (Z=24): [Ar] 4s¹ 3d⁵ (no 4s² 3d⁴)
- Cobre (Z=29): [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ (no 4s² 3d⁹)
⚖️ Masa Atómica: Cálculo y Conceptos
La masa atómica (también llamada peso atómico) es la masa de un átomo, típicamente expresada en unidades de masa atómica (u) o Daltons (Da). Entender la diferencia entre masa atómica y número másico es crucial para la química.
Número Másico (A)
- Solo números enteros
- Simplemente cuenta protones + neutrones
- Específico de un isótopo
- Ejemplo: Carbono-12 tiene A = 12
Masa Atómica
- Valor decimal preciso
- Considera la energía de enlace
- Promedio de todos los isótopos (ponderado)
- Ejemplo: Masa atómica del carbono = 12,011 u
Calcular la Masa Atómica
Donde:
- mp = Masa del protón = 1,007276 u
- mn = Masa del neutrón = 1,008665 u
- me = Masa del electrón = 0,000549 u
Defecto de Masa y Energía de Enlace
La masa atómica real es ligeramente menor que la suma de sus partes. Esta diferencia se llama defecto de masa y corresponde a la energía de enlace que mantiene unido el núcleo (E = mc²).
💡 Ejemplo: Defecto de Masa del Helio-4
Masa esperada: 2(1,007276) + 2(1,008665) + 2(0,000549) = 4,032980 u
Masa real: 4,002602 u
Defecto de masa: 4,032980 - 4,002602 = 0,030378 u
¡Esta masa "faltante" se convirtió en energía de enlace!
🔬 Propiedades de las Partículas Subatómicas
Entender las propiedades de protones, neutrones y electrones es fundamental para la física atómica y la química. Aquí hay una comparación completa:
| Propiedad | Protón (p⁺) | Neutrón (n⁰) | Electrón (e⁻) |
|---|---|---|---|
| Carga | +1 (+1,602×10⁻¹⁹ C) | 0 | -1 (-1,602×10⁻¹⁹ C) |
| Masa (u) | 1,007276 | 1,008665 | 0,000549 |
| Masa (kg) | 1,673×10⁻²⁷ | 1,675×10⁻²⁷ | 9,109×10⁻³¹ |
| Ubicación | Núcleo atómico | Núcleo atómico | Nube electrónica |
| Descubierto por | Rutherford (1917) | Chadwick (1932) | Thomson (1897) |
| Composición de Quarks | uud | udd | Partícula fundamental |
| Estabilidad (libre) | Estable | ~10 min de vida media | Estable |
📌 Datos Importantes
- Los protones son ~1836 veces más pesados que los electrones
- Los neutrones son ligeramente más pesados que los protones (aproximadamente 0,14%)
- La masa del electrón a menudo se ignora en cálculos de masa atómica
- Los neutrones libres se desintegran vía desintegración beta en protones, electrones y antineutrinos
❌ 6 Errores Comunes en Cálculos Atómicos
Incluso estudiantes experimentados cometen estos errores. Evita estos problemas comunes al calcular propiedades atómicas:
Confundir Z y A
El número atómico (Z) son solo protones. El número másico (A) son protones + neutrones. Recuerda: Z define el elemento; A define el isótopo.
Signo incorrecto para iones
Electrones = Z - Carga. Para Ca²⁺: 20 - (+2) = 18 electrones. Para Cl⁻: 17 - (-1) = 18 electrones. ¡Cuidado con los signos!
Número másico ≠ Masa atómica
El número másico es un entero. La masa atómica es una medición precisa que considera efectos de energía de enlace y promedios de isótopos.
Usar masa promedio para isótopos
Al trabajar con isótopos específicos (como C-14), usa el número másico, no la masa atómica promedio de la tabla periódica.
Olvidar los isótopos
El mismo elemento puede tener diferentes números de neutrones. Carbono-12 y Carbono-14 son ambos carbono pero tienen propiedades diferentes.
Orden de configuración electrónica
¡El 4s se llena antes que el 3d! Sigue el principio de Aufbau cuidadosamente. Usa la regla diagonal o memoriza el orden.
🌍 Aplicaciones Prácticas
Entender la estructura atómica no es solo académico, tiene aplicaciones cruciales en muchos campos:
🏥 Medicina y Salud
- Imágenes médicas: Isótopos radiactivos (Tc-99m, I-131) para escaneos PET y SPECT
- Tratamiento del cáncer: Radioterapia usando Co-60, Cs-137
- Diagnóstico: Trazadores radiactivos para estudiar función de órganos
- Resonancia magnética: Basada en el comportamiento de núcleos de hidrógeno en campos magnéticos
🏛️ Arqueología y Geología
- Datación por carbono: La desintegración del C-14 mide edades hasta 50,000 años
- Datación de rocas: Datación K-Ar, Rb-Sr, U-Pb para escalas de tiempo geológico
- Ciencia forense: Las proporciones de isótopos revelan origen geográfico
⚡ Energía e Industria
- Energía nuclear: Fisión del U-235 en reactores
- Investigación de fusión: Fusión de deuterio y tritio
- Detectores de humo: Ionización por partículas alfa del Am-241
- Conservación de alimentos: Irradiación gamma con Co-60
🔬 Investigación y Química
- Espectroscopía RMN: Usa isótopos específicos (¹H, ¹³C) para estructura molecular
- Espectrometría de masas: Identifica compuestos por masa atómica
- Estudios con trazadores: Sigue vías bioquímicas con marcaje isotópico
✅ Revisión de Expertos y Fuentes
Esta calculadora y el contenido que la acompaña fueron desarrollados basándose en principios establecidos de física atómica y química. Nuestros métodos de cálculo se alinean con los utilizados en instituciones académicas y estandarizados por organizaciones científicas internacionales.
Metodología
- Datos atómicos de IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada)
- Masas de partículas del NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tecnología)
- Configuraciones electrónicas según recomendaciones de IUPAC
- Datos de tabla periódica actualizados con los 118 elementos
Precisión
Los cálculos usan aritmética de punto flotante de JavaScript. Las masas atómicas son precisas según los Pesos Atómicos Estándar publicados por IUPAC. Para aplicaciones científicas críticas, consulta fuentes de literatura primaria.
Esta herramienta está diseñada para propósitos educativos. Para aplicaciones de investigación que requieren alta precisión, verifica los resultados con bases de datos autorizadas.
📚 Fuentes y Referencias
- IUPAC Tabla Periódica de los Elementos
- NIST Pesos Atómicos y Composiciones Isotópicas
- PubChem Tabla Periódica
- Chang, R.: Química General, McGraw-Hill
- Atkins, P.: Principios de Química, Editorial Médica Panamericana
❓ Preguntas Frecuentes
¿Cómo encuentro el número de protones en un átomo?
El número de protones es igual al número atómico (Z), que puedes encontrar en la tabla periódica. Cada elemento tiene un número atómico único. Por ejemplo, el oxígeno siempre tiene 8 protones (Z=8), el oro siempre tiene 79 protones (Z=79). El número atómico define qué elemento es un átomo.
¿Cuál es la diferencia entre átomos e iones?
Los átomos son eléctricamente neutros: tienen igual número de protones y electrones. Los iones son átomos que han ganado o perdido electrones, dándoles una carga neta. Los cationes son positivos (han perdido electrones); los aniones son negativos (han ganado electrones). Por ejemplo, Na tiene 11 protones y 11 electrones, pero Na⁺ tiene 11 protones y solo 10 electrones.
¿Por qué los isótopos tienen diferentes masas?
Los isótopos del mismo elemento tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. Dado que los neutrones contribuyen a la masa (≈1 u cada uno), más neutrones significa mayor masa. El carbono-12 tiene 6 neutrones; el carbono-14 tiene 8 neutrones, haciéndolo aproximadamente 17% más pesado.
¿Pueden los átomos no tener neutrones?
¡Sí! El protio (¹H), el isótopo más común del hidrógeno, tiene 1 protón y 0 neutrones. Es el único átomo estable sin neutrones. Los elementos más pesados necesitan neutrones para la estabilidad nuclear; sin ellos, los protones positivos se repelerían y el núcleo se desintegraría.
¿Cómo determinan los electrones las propiedades químicas?
Las propiedades químicas dependen de los electrones de valencia (capa más externa). Elementos con configuraciones de electrones de valencia similares se comportan de manera similar, por eso la tabla periódica está organizada en grupos. El sodio (1 electrón de valencia) y el potasio (1 electrón de valencia) ambos forman fácilmente iones +1.
¿Qué son los electrones de valencia?
Los electrones de valencia son los electrones en la capa más externa (de mayor energía) de un átomo. Participan en los enlaces químicos. Para elementos del grupo principal, el número de grupo a menudo es igual al número de electrones de valencia: el Grupo 1 tiene 1 electrón de valencia, el Grupo 17 tiene 7 electrones de valencia.
📋 FAQ - Más Preguntas
Usa la fórmula: Neutrones = Número másico (A) - Número atómico (Z). Encuentra el número atómico en la tabla periódica y el número másico de la notación del isótopo (ej: el "14" en Carbono-14). Para ¹⁴C: 14 - 6 = 8 neutrones.
La masa atómica típicamente se expresa en unidades de masa atómica (u), donde 1 u = 1,66054×10⁻²⁷ kg. Un átomo de carbono-12 tiene una masa de exactamente 12 u por definición, o aproximadamente 1,99×10⁻²⁶ kg. Para convertir u a kg, multiplica por 1,66054×10⁻²⁷.
En un átomo neutro, el número de electrones es igual al número de protones (que es igual al número atómico). Este balance de cargas positivas y negativas hace al átomo eléctricamente neutro. El oxígeno (Z=8) tiene 8 protones y 8 electrones cuando es neutro.
La estabilidad nuclear depende de la proporción de neutrones a protones. Los elementos ligeros son estables con N ≈ Z; los elementos más pesados necesitan más neutrones. La "banda de estabilidad" muestra combinaciones estables. Demasiados o muy pocos neutrones hacen a los átomos radiactivos: se desintegran para alcanzar una configuración más estable.
El número atómico (número de protones) identifica de manera única cada elemento. Los elementos están ordenados en orden creciente de número atómico. Esta organización revela patrones periódicos en las propiedades: elementos en la misma columna (grupo) tienen comportamiento químico similar porque tienen el mismo número de electrones de valencia.
La configuración electrónica muestra cómo se distribuyen los electrones en los orbitales (1s, 2s, 2p, etc.). Determina las propiedades químicas y el comportamiento de enlace. Átomos con configuraciones de electrones externos (valencia) similares tienen propiedades parecidas, por eso funcionan los grupos de la tabla periódica.
¡Sí! Cuando un átomo pierde electrones, se convierte en un ion positivo (catión) con más protones que electrones. Por ejemplo, Na⁺ tiene 11 protones pero solo 10 electrones. Los metales comúnmente forman cationes cediendo sus electrones de valencia.
La notación completa del isótopo es ᴬ꜀X, donde A es el número másico (superíndice), Z es el número atómico (subíndice), y X es el símbolo del elemento. Dado que Z está implícito por el símbolo, a menudo se escribe solo ᴬX o Elemento-A. Ejemplos: ¹⁴C, ²³⁵U, o Carbono-14, Uranio-235.
La unidad de masa atómica (u), también llamada Dalton (Da), se define como exactamente 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12. Esto equivale a aproximadamente 1,66054×10⁻²⁷ kg. Usar u hace que las masas a escala atómica sean números manejables en lugar de valores decimales diminutos.
La radiactividad ocurre cuando un núcleo es inestable debido a una proporción desfavorable de protones a neutrones o porque es demasiado grande. El núcleo emite espontáneamente partículas (alfa, beta) o energía (rayos gamma) para volverse más estable. Todos los elementos con Z > 82 (plomo) son radiactivos.