Do que é constituído o núcleo atômico
No centro de cada átomo encontra-se um núcleo. Ele inclui dois tipos de partículas:
- Prótons — possuem carga positiva.
- Nêutrons — não possuem carga.
A única exceção a esta regra é o átomo do elemento mais leve, o hidrogênio. Em seu núcleo há exatamente um próton, e os nêutrons estão ausentes. Todos os outros núcleos com múltiplas cargas contêm obrigatoriamente ambos os tipos de partículas. Além disso, a estabilidade do núcleo depende de uma proporção específica entre o número de prótons e nêutrons.
Carga nuclear e elemento químico
O número de prótons determina a carga nuclear ($Z$). É justamente essa grandeza que constitui a principal característica pela qual os átomos são classificados. Elemento químico é um conjunto de átomos com a mesma carga nuclear.
Como o átomo em geral é uma partícula eletronegtral, deve haver girando ao redor do núcleo exatamente a mesma quantidade de elétrons com carga negativa quanto o número de prótons presentes em seu interior.
Na Tabela Periódica de D. I. Mendeleev, o número atômico do elemento corresponde estritamente à carga do seu núcleo. A formulação moderna da Lei Periódica estabelece que as propriedades dos elementos e das substâncias por eles formadas encontram-se em dependência periódica precisamente em relação às cargas de seus núcleos atômicos. A massa dos átomos aumenta juntamente com a carga, mas não é o fator principal que determina as propriedades.
Número de massa
As massas de um próton isolado e de um nêutron são quase iguais e equivalem a aproximadamente $1$ unidade de massa atômica (u). Os elétrons, por sua vez, são tão leves que sua contribuição para a massa total do átomo é desprezada. Portanto, a massa de todo o átomo é sempre próxima a um valor inteiro.
Número de massa ($A$) é a quantidade total de prótons ($Z$) e nêutrons ($N$) no núcleo. Ele é calculado pela fórmula: $A = Z + N$.
Nuclídeos e isótopos
Átomos de um mesmo elemento (com o mesmo $Z$) podem conter quantidades diferentes de nêutrons e, portanto, apresentar massas diferentes.
- Nuclídeo é um tipo específico de átomo com um valor claramente definido de carga nuclear e número de massa.
- Isótopos são nuclídeos de um mesmo elemento químico. Eles possuem a mesma carga, mas massas diferentes.
Para representar os nuclídeos, utiliza-se o símbolo do elemento químico. No canto inferior esquerdo escreve-se a carga nuclear ($Z$), e no canto superior esquerdo, o número de massa ($A$). Por exemplo, os isótopos do silício são representados como ${}^{28}_{14}\text{Si}$, ${}^{29}_{14}\text{Si}$ e ${}^{30}_{14}\text{Si}$.
Particularidades das massas atômicas na tabela periódica
Na natureza, a maioria dos elementos químicos existe na forma de uma mistura de vários isótopos. Apenas 19 elementos são representados por um único nuclídeo — e são justamente as massas atômicas destes que, nas tabelas de referência, são mais próximas de números inteiros.
Para os demais elementos, a massa atômica indicada na Tabela Periódica é um número fracionário. Trata-se de uma média aritmética que considera a massa de cada isótopo natural e a sua porcentagem de abundância. Por exemplo, para o cloro, utiliza-se nos cálculos o valor $35{,}5$, uma vez que o cloro natural consiste em uma mistura de isótopos pesado e leve (${}^{35}_{17}\text{Cl}$ e ${}^{37}_{17}\text{Cl}$).
Nas reações químicas, diferentes isótopos de um mesmo elemento comportam-se de maneira praticamente idêntica. A exceção são os isótopos do hidrogênio: devido à diferença colossal de massa (de 2 e 3 vezes), eles receberam símbolos e nomes próprios.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais isótopos do hidrogênio possuem nomes próprios e símbolos químicos?
Devido à diferença significativa de massa, nomes próprios e símbolos foram atribuídos aos isótopos do hidrogênio. Existem três principais isótopos de hidrogênio, que se diferenciam pela quantidade de nêutrons no núcleo:
- Prótio (${}^1_1 ext{H}$) — hidrogênio comum, o núcleo consiste em 1 próton sem nêutrons;
- Deutério (${}^2_1 ext{H}$ ou $ ext{D}$) — hidrogênio pesado, o núcleo contém 1 próton e 1 nêutron;
- Trítio (${}^3_1 ext{H}$ ou $ ext{T}$) — hidrogênio radioativo, o núcleo consiste em 1 próton e 2 nêutrons.
Quais partículas elementares são agrupadas sob o termo geral «nucleons»?
Sob o termo geral «nucleons» são agrupadas as partes constituintes do núcleo atômico: os prótons e os nêutrons. Pesquisas posteriores levaram à descoberta dessas partículas que compõem o núcleo do átomo.
Quais forças garantem a estabilidade do núcleo e impedem que os prótons sofram repulsão eletrostática mútua?
A estabilidade dos núcleos atômicos é garantida por uma atração especial entre prótons e nêutrons a distâncias muito curtas, conhecida como força nuclear forte. As forças nucleares resultantes superam a força de repulsão elétrica entre prótons de mesma carga em 200 vezes.
Para memorizar a relação do número de massa: A = Z + N (A é o Princípio e a Norma, onde A é a massa, Z é a carga/prótons e N são os nêutrons).
Questões de aulas e exames
Qual é o sinal da carga do núcleo atômico?
A carga nuclear é sempre positiva, pois no interior encontram-se prótons com carga positiva e nêutrons neutros.
Como saber o número de elétrons em um átomo?
É necessário verificar o número atômico do elemento na tabela periódica. Ele é igual à carga do núcleo, e a carga do núcleo, por sua vez, é igual à quantidade de elétrons no átomo neutro.
Por que a massa atômica na tabela periódica é um número fracionário?
Porque a maioria dos elementos na natureza é uma mistura de isótopos com massas diferentes. A tabela indica o valor médio, que considera a abundância de cada isótopo.
O que mais estudar sobre o tema
- Dependência das propriedades dos elementos em relação à carga nuclear (Lei Periódica)
- Razões pelas quais Mendeleev inicialmente dispôs os elementos por massa
- Condições de estabilidade para núcleos com múltiplas cargas
- Nomes e características dos isótopos do hidrogênio
- Algoritmo para calcular o número de nêutrons no núcleo de um isótopo específico
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