Relações atômicas entre elementos químicos | Recomposição de Aprendizagem

Nesta trilha de Química para Recomposição de Aprendizagem, você vai estudar sobre as relações atômicas entre os elementos químicos.

A jornada pela estrutura atômica nos leva ao fascinante mundo do microcosmo, onde residem as minúsculas unidades que constituem a matéria. O átomo, a unidade fundamental de tudo que nos rodeia, guarda em si segredos intrigantes que revelam a natureza da realidade.

Vamos estudar juntos?

Regiões do Átomo

Na região central do átomo, encontramos o núcleo, uma região minúscula, mas extremamente densa, composta por prótons e nêutrons. Os prótons, são partículas carregadas positivamente e são responsáveis pela identidade do elemento químico. Já os nêutrons, neutros eletricamente, contribuem para a massa do átomo.

Ao redor do núcleo, em constante movimento, está a região conhecida como eletrosfera. Essa se caracteriza como uma região vasta e quase vazia, habitada pelas partículas conhecidas como elétrons. Carregados negativamente, os elétrons são as “abelhas” do átomo, orbitando o núcleo em diferentes níveis de energia chamados camadas eletrônicas.

Lembre-se de que esse modelo que acabamos de descrever é o modelo atômico mais aceito atualmente, conhecido como Modelo Quântico, também conhecido como Modelo de Schrödinger ou partícula onda. Proposto por Erwin Schrödinger em 1926, esse modelo revolucionou nossa compreensão do átomo, incorporando os princípios da mecânica quântica.

Veja também: modelos atômicos ao longo da história

Elementos Químicos: a diversidade da matéria

Como visto acima, a combinação única de prótons no núcleo define o elemento químico. Para entender, pense no seguinte: o número de prótons, chamado de número atômico (Z), determina qual elemento estamos lidando. Cada elemento possui um número atômico único, como um “CPF” da matéria!

Representação Atômica: a linguagem dos símbolos

Para desvendarmos os segredos de um átomo, utilizamos dois números “mágicos”: além do número atômico (Z), que vimos acima, temos também o número de massa (A). O número de massa representa a massa total do átomo, ou seja, a soma de prótons e nêutrons.

Videoaula sobre os isótopos

Nesta videoaula da trilha de Recomposição de Aprendizagem de Química, a professora Larissa Sousa Campos fala sobre os isótopos.

Isótopos: irmãos gêmeos com personalidades distintas 

Imagine átomos do mesmo elemento químico, como o hidrogênio (H), que, apesar de compartilharem a mesma identidade (número atômico, Z = 1), possuem massas diferentes. Esses “irmãos gêmeos” com diferentes “personalidades” são chamados de isótopos.

No hidrogênio, encontramos três isótopos:

• Prótio (¹H): O isótopo mais comum, com um único próton e nenhum nêutron.
• Deutério (²H): Um próton e um nêutron, utilizado em pesquisas e na produção de água pesada.
• Trítio (³H): Um próton e dois nêutrons, radioativo e usado em pesquisas e na produção de energia nuclear.

Podemos ainda o átomo de carbono, representado por seu símbolo C. Seu número atômico, Z, é 6, indicando a presença de 6 prótons em seu núcleo. Já o seu número de massa, A, pode variar. 

Por exemplo, o carbono-12 (¹²C) possui 6 prótons e 6 nêutrons, enquanto o carbono-14 (¹⁴C) possui 6 prótons e 8 nêutrons. Sendo assim, o ¹²C e o ¹⁴C são isótopos. E, como você aprendeu, todos os isótopos fazem parte do mesmo elemento químico.

Representação dos elementos químicos

Como vimos acima ao longo do texto e no vídeo da professora Larissa, o elemento químico é a reunião de todos os átomos que apresentam o mesmo número atômico. O número atômico é representado pela letra Z e representa a quantidade de prótons de um átomo.

Veja no quadro abaixo alguns elementos químicos com seus respectivos números:

Figura 1: Tabela contendo dados sobre diferentes elementos químicos.

Para podermos representar um elemento químico, temos que identificar seu número atômico e seu número de massa. Geralmente, usamos a seguinte representação gráfica:

Figura 2: Representação gráfica dos elementos químicos, seus números de massa e número atômico em meio a um texto.

Videoaula sobre isóbaros e isótonos

No fascinante mundo da química, os átomos, as unidades de construção da matéria, guardam segredos intrigantes que revelam a natureza da realidade. Entre esses segredos, encontramos os isótopos, isóbaros e isótonos, átomos que se diferenciam em sua estrutura, mas compartilham características únicas.

Para compreender melhor esses mistérios, assista à videoaula da professora Larissa: 

Isóbaros: amigos com massas iguais, mas identidades diferentes

Em contraste com os isótopos que são variações do mesmo elemento, como você viu acima, os isóbaros são átomos de elementos diferentes que possuem a mesma massa atômica (A), mas números atômicos (Z) distintos.

Um exemplo clássico são o cálcio (Ca) e o potássio (K), ambos com A = 40, mas com Z = 20 e Z = 19, respectivamente. Imagine dois amigos com a mesma idade, mas personalidades e origens diferentes.

Isótonos: compartilhando nêutrons, mas com identidades únicas

Os isótonos, por outro lado, são átomos que compartilham o mesmo número de nêutrons (n), mas possuem números atômicos (Z) e massas atômicas (A) diferentes.

Um exemplo interessante são o cloro (Cl) e o cálcio (Ca), ambos com n = 20, mas com Z = 17 e Z = 20, e A = 37 e A = 40, respectivamente. Imagine dois indivíduos com o mesmo número de irmãos, mas origens e profissões distintas.

Como calcular o número de nêutrons

Outro ponto importante que você não pode perder de vista são as formas de descobrir esses números. Em alguns exercícios, o enunciado pode dar para você solicitar que você descubra informações sobre o átomo a partir de alguns dados. Para isso, basta você relembrar o que acabou de aprender.

Vimos que o número atômico é igual ao número de prótons, e o número de massa, representado pela letra A, que é a soma entre o número de prótons e nêutrons de um átomo.

Então, para desvendar o número de nêutrons em um átomo, podemos utilizar a fórmula mágica:

Z = p

A = Z + n

Onde:

A = Número de massa

Z = Número atômico

n = Número de nêutrons

Aplicando a fórmula aos isótonos Cl (Z = 17, A = 37) e Ca (Z = 20, A = 40), descobrimos:

Cl:

37 = 17 + n

n = 37 – 17

n = 20

Ca:

40 = 20 + n

n = 40 – 20

n = 20

Aplicações fascinantes: isótopos em ação

Os isótopos, esses átomos intrigantes, possuem diversas aplicações no mundo real:

• Datação por Radiocarbono: O carbono-14 (¹⁴C), um isótopo radioativo, é utilizado para determinar a idade de objetos antigos.
• Medicina Nuclear: Isótopos radioativos como o iodo-131 (¹³¹I) são utilizados no diagnóstico e tratamento de doenças.
• Enriquecimento de Urânio: O processo de separar isótopos de urânio é crucial para a produção de energia nuclear.

Observe que isótopos, isóbaros e isótonos, com suas diferenças e semelhanças, revelam a riqueza e a complexidade do mundo atômico. Ao desvendarmos seus segredos, abrimos portas para entendermos as propriedades da matéria e as diversas aplicações da ciência em nosso dia a dia.

Videoaula sobre os íons

Nesta videoaula, a professora Larissa explica o que são os íons, que participam de diversos fenômenos importantes:

A dança dos elétrons: ganhos e perdas

Imagine um átomo neutro, em perfeito equilíbrio entre prótons (carga positiva) e elétrons (carga negativa). Esse átomo pode interagir com outros átomos doando ou recebendo elétrons.

Quando esse átomo ganha elétrons de outros átomos nessas interações, ele se transforma em um ânion, adquirindo carga negativa. 

Entretanto, há átomos que têm outra tendência: a de perder elétrons para outros átomos. Nesse caso, ele ficará com mais cargas positivas (seu número de prótons em seu núcleo) do que negativas (seus elétrons), assumindo carga positiva e se tornando um cátion.

Cátions

Os cátions, átomos que possuem um desequilíbrio de cargas onde há mais prótons (+) do que elétrons (-),  são classificados de acordo com sua carga positiva:

• Monopositivos (⁺¹): Sódio (Na⁺), potássio (K⁺)
• Dipositivos (⁺²): Cálcio (Ca²⁺), magnésio (Mg²⁺)
• Tripositivos (⁺³): Alumínio (Al³⁺), ferro (Fe³⁺)
• Tetrapositivos (⁺⁴): Chumbo (Pb⁴⁺)

Ânions

Os ânions, átomos que possuem um desequilíbrio de cargas onde há mais elétrons (-) do que prótons (+),  também possuem classificações de acordo com sua carga negativa:

• Monovalentes (^-1): Cloreto (Cl^–), íon nitrato (NO^3-)
• Bivalentes (^-2): Sulfato (SO₄^2-), óxido (O^2-)
• Trivalentes (^-3): Fosfato (PO₄^3-)
• Tetravalentes (^-4): Carbonato (CO₃^2-)

Atenção! Observe que para a formação de íons, há alteração no número de elétrons, NUNCA no número de prótons!

Exemplos fascinantes: íons em ação

Os íons, com suas cargas elétricas, participam de diversos fenômenos importantes:

• Formação de Compostos Iônicos: A união de cátions e ânions com cargas opostas origina compostos iônicos, como o cloreto de sódio (NaCl), o sal de cozinha.
• Reações Químicas: Os íons participam de reações químicas, trocando cargas e impulsionando diversas transformações na matéria.
• Condutividade Elétrica: Em soluções aquosas, os íons livres podem se mover, conduzindo a corrente elétrica.

Os átomos podem ganhar ou perder elétrons, formando os íons. Os íons são átomos ou moléculas que possuem quantidades de prótons e elétrons diferentes.

Exercícios

Questão 1 (FATEC-SP-2021):

Certo átomo possui 17 prótons, 20 nêutrons e 17 elétrons. Qual dos átomos representados abaixo é seu isótono?

a) 40          b) 42             c)  42          d) 40        e) 43

K                Ca                  Sc              Ca             Ti

19               20                    21             20            22

Questão 2 (Cesgranrio – Rj- 2019):

Considere os elementos abaixo e assinale a opção correta:

40            16         40        17          37         18         40

K           O          Ar        O            Cl          O          Ca

19            8          18         8          17          8          20

 I             II            III        IV           V        VI       VII

a) I e III são isótopos; II,IV e VI são isóbaros

b) III e VII são isóbaros; V e VII são isótonos

c) II, IV e VI são isótopos;  III e VII são isótonos

d) II e III são isótonos;  IV e VI são isóbaros

e)II e IV são isótonos;  V e VII são isóbaros

Questão 3 (FEI-SP-2018):

São dadas as seguintes informações sobre os átomos X, Y e Z:

I – x é isóbaro de y, e isótono de z.

II – y tem número atômico 56, número de massa 137 e é isótopo de z.

III – o número de massa de z é 138.

O número atômico de x é:

a) 53     

b) 54   

c) 55   

d) 56   

e) 57

Gabarito:

Questão 1: d
Questão 2: b
Questão 3: c

Compartilhe: