- Exemplos de números de massa
- Hidrogênio
- Oxigênio
- Carbono
- Urânio
- Como obter o número de massa?
- Notação para átomos
- Isótopos
- Isótopos de carbono
- Tabela de isótopos naturais de carbono
- Exemplos trabalhados
- - Exemplo 1
- Resposta
- - Exemplo 2
- Resposta
- Referências
O número de massa ou número de massa de um átomo é a soma do número de prótons e do número de nêutrons no núcleo. Essas partículas são designadas de forma intercambiável com o nome de núcleons, portanto, o número de massa representa a quantidade deles.
Seja N o número de nêutrons presentes e Z o número de prótons, se chamarmos A como o número de massa, então:
A = N + Z
Figura 1. O raio tem um número de massa A = 226, decai para o rádon com A = 222 e emite um núcleo de hélio A = 4. Fonte: Wikimedia Commons. PerOX
Exemplos de números de massa
Aqui estão alguns exemplos de números de massa para elementos conhecidos:
Hidrogênio
O átomo de hidrogênio mais estável e abundante também é o mais simples: 1 próton e um elétron. Como o núcleo do hidrogênio não possui nêutrons, é verdade que A = Z = 1.
Oxigênio
Um núcleo de oxigênio tem 8 nêutrons e 8 prótons, portanto A = 16.
Carbono
A vida na Terra é baseada na química do carbono, um átomo de luz com 6 prótons em seu núcleo mais 6 nêutrons, então A = 6 + 6 = 12.
Urânio
Este elemento, muito mais pesado que os anteriores, é conhecido por suas propriedades radioativas. O núcleo de urânio tem 92 prótons e 146 nêutrons. Então, seu número de massa é A = 92 + 146 = 238.
Como obter o número de massa?
Como mencionado antes, o número de massa A de um elemento sempre corresponde à soma do número de prótons e do número de nêutrons que seu núcleo contém. Também é um número inteiro, mas… existe alguma regra a respeito da relação entre as duas quantidades?
Vejamos: todos os elementos mencionados acima são leves, exceto o urânio. O átomo de hidrogênio é, como dissemos, o mais simples. Não tem nêutrons, pelo menos em sua versão mais abundante, e no oxigênio e no carbono há números iguais de prótons e nêutrons.
Isso também acontece com outros elementos leves, como o nitrogênio, outro gás muito importante para a vida, que tem 7 prótons e 7 nêutrons. No entanto, à medida que o núcleo se torna mais complexo e os átomos mais pesados, o número de nêutrons aumenta em uma taxa diferente.
Ao contrário dos elementos leves, o urânio, com 92 prótons, tem cerca de 1 ½ vezes essa quantidade em nêutrons: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.
Como você pode ver, é bem próximo de 146, o número de nêutrons que possui.
Figura 2. Curva de estabilidade. Fonte: F. Zapata.
Tudo isso fica evidente na curva da Figura 2. É um gráfico de N versus Z, conhecido como curva de estabilidade nuclear. Lá você pode ver como os átomos leves têm o mesmo número de prótons que os nêutrons e como a partir de Z = 20 o número de nêutrons aumenta.
Dessa forma, o átomo grande se torna mais estável, já que o excesso de nêutrons diminui a repulsão eletrostática entre os prótons.
Notação para átomos
Uma notação muito útil que descreve rapidamente o tipo de átomo é a seguinte: o símbolo do elemento e os respectivos números atômicos e de massa são escritos conforme mostrado abaixo neste diagrama:
Figura 3. Notação do átomo. Fonte: F. Zapata.
Nesta notação, os átomos nos exemplos anteriores seriam:
Às vezes, outra notação mais confortável é usada, na qual apenas o símbolo do elemento e o número de massa são usados para denotar o átomo, omitindo o número atômico. Desta forma, 12 6 C é escrito simplesmente como carbono-12, 16 8 O seria oxigênio-16 e assim por diante para qualquer elemento.
Isótopos
O número de prótons em um núcleo determina a natureza do elemento. Por exemplo, cada átomo cujo núcleo contém 29 prótons é um átomo de cobre, não importa o quê.
Suponha que um átomo de cobre perca um elétron por qualquer motivo, ainda é cobre. No entanto, agora é um átomo ionizado.
É mais difícil para um núcleo atômico ganhar ou perder um próton, mas na natureza isso pode ocorrer. Por exemplo, dentro das estrelas, elementos mais pesados são continuamente formados a partir de elementos leves, uma vez que o núcleo estelar se comporta como um reator de fusão.
E bem aqui na Terra existe o fenômeno da decadência radioativa, em que alguns átomos instáveis expelem núcleons e emitem energia, transformando-se em outros elementos.
Finalmente, existe a possibilidade de que um átomo de um determinado elemento tenha um número de massa diferente, neste caso é um isótopo.
Um bom exemplo é o conhecido carbono-14 ou radiocarbono, que é usado para datar objetos arqueológicos e como marcador bioquímico. É o mesmo carbono, com propriedades químicas idênticas, mas com dois nêutrons extras.
O carbono-14 é menos abundante do que o carbono-12, o isótopo estável, e também é radioativo. Isso significa que com o tempo ele decai, emitindo energia e partículas até se tornar um elemento estável, que no seu caso é o nitrogênio.
Isótopos de carbono
O carbono existe na natureza como uma mistura de vários isótopos, o mais abundante dos quais é o já mencionado 12 6 C ou carbono-12. E, além do carbono-14, há 13 6 C com um nêutron adicional.
Isso é comum na natureza, por exemplo, 10 isótopos estáveis são conhecidos de estanho. Em contraste, de berílio e sódio, apenas um único isótopo é conhecido.
Cada isótopo, natural ou artificial, tem uma taxa diferente de transformação. Da mesma forma, é possível criar isótopos artificiais em laboratório, que geralmente são instáveis e decaem radioativamente em um período muito curto de frações de segundo, enquanto outros demoram muito mais, tanto quanto a idade da Terra ou mais.
Tabela de isótopos naturais de carbono
| Isótopos de carbono | Número atômico Z | Massa número A | Abundância% |
|---|---|---|---|
| 12 6 C | 6 | 12 | 98,89 |
| 13 6 C | 6 | 13 | 1,11 |
| 14 6 C | 6 | 14 | Traços |
Exemplos trabalhados
- Exemplo 1
Qual é a diferença entre 13 7 N e 14 7 N?
Resposta
Ambos são átomos de nitrogênio, pois seu número atômico é 7. No entanto, um dos isótopos, aquele com A = 13, tem um nêutron a menos, enquanto 14 7 N é o isótopo mais abundante.
- Exemplo 2
Quantos nêutrons existem no núcleo de um átomo de mercúrio, denominado 201 80 Hg?
Resposta
Uma vez que A = 201 e Z = 80, e também sabendo que:
A = Z + N
N = A - Z = 201 - 80 = 121
E conclui-se que o átomo de mercúrio possui 121 nêutrons.
Referências
- Connor, N. What is Nucleon - Structure of Atomic Nucleus - Definition. Recuperado de: periodic-table.org.
- Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach. Pearson.
- Sears, Zemansky. 2016. Física Universitária com Física Moderna. 14º. Ed. Volume 2.
- Tippens, P. 2011. Physics: Concepts and Applications. 7ª Edição. McGraw Hill.
- Wikipedia. Número de massa. Recuperado de: en.wikipedia.org.