Topo
pesquisar

Atomística

Química

A atomística estuda tudo relacionado ao átomo, desde a sua estrutura e como as partículas subatômicas estão nele distribuídas até as semelhanças existentes entre os átomos.
A atomística é a área da química que lida com os conceitos relacionados ao átomo, a unidade básica da matéria.
A atomística é a área da química que lida com os conceitos relacionados ao átomo, a unidade básica da matéria.
PUBLICIDADE

A atomística é a parte da Química que trata do estudo do átomo e suas características. Cabe a esse segmento definir a estrutura atômica, bem como o histórico de elaboração dos nossos modelos atômicos, os tipos de semelhanças entre os átomos, a representação dos elementos químicos e as notações envolvidas.

O átomo é a unidade básica da matéria que compõe todas as substâncias existentes. A palavra átomo é de origem grega e significa “sem parte” ou “indivisível”. Atualmente, já são conhecidas as chamadas partículas subatômicas, que comprovam que o átomo é divisível, porém foi mantido seu nome, devido ao tempo que vinha sendo utilizado.

Leia também: Estrutura do Átomo

Estrutura do átomo


O átomo é dividido em núcleo, onde encontram-se os prótons e os nêutrons, e a eletrosfera, onde estão os elétrons.

O modelo atual do átomo propõe que ele esteja dividido em duas regiões principais: o núcleo, em que estão concentradas as partículas positivas ou prótons, e os nêutrons, que são partículas sem carga necessárias para dar estabilidade ao núcleo. Ainda há a eletrosfera, região onde os elétrons orbitam ao redor do núcleo.

Eletrosfera

O conceito de eletrosfera apareceu em 1911, com o modelo atômico proposto por Rutherford, que disse que os elétrons estavam girando em órbitas ao redor do núcleo em espaços vazios, semelhante ao Sistema Solar.

Com o avanço dos modelos atômicos, a eletrosfera foi sofrendo algumas alterações nas suas características. Bohr, por exemplo, reformulou o modelo atômico proposto por Rutherford organizando os elétrons da eletrosfera em órbitas de energias.

A eletrosfera é dividida em 7 órbitas, que possuem energia fixa que aumenta proporcionalmente com sua distância do núcleo. Essas órbitas (ou camadas) são denominadas K, L, M, N, O, P e Q, sendo a camada K a mais próxima e de menor energia e a camada Q a mais distante e com maior energia.

A relação de tamanho entre o núcleo e a eletrosfera gira em torno de 10.000 a 100.000 vezes, ou seja, a eletrosfera é bem maior que o núcleo do seu átomo. Isso nos mostra que o átomo é formado em sua maior parte por espaços vazios.

Leia também: Tabela Periódica

Mapa mental: Atomística

*Para baixar o mapa mental em PDF, clique aqui!

Notações importantes

Com base na estrutura do átomo, podemos extrair informações que explicam algumas características químicas e físicas dos elementos químicos. O número atômico, representado pela letra Z, indica a quantidade de prótons existentes no núcleo de cada átomo. Também serve como forma de identificação dos átomos, uma vez que não existem átomos diferentes com a mesma quantidade de prótons.

Isso nos leva à definição de elemento químico: o conjunto de átomos que possuem o mesmo número atômico. É dessa forma que representamos os átomos na Tabela Periódica, por um conjunto de átomos dispostos em ordem crescente de número atômico.

Outra informação importante que podemos retirar da estrutura atômica é o número de massa, representado pela letra A. Uma vez que a massa do átomo está concentrada no núcleo, já que o elétron possui massa desprezível em relação aos prótons e nêutrons, podemos calcular a massa do átomo somando a quantidade de prótons e nêutrons do núcleo. Segue a fórmula:

A = Z + n      ou      A = p + n 

A representação dos átomos na forma de elementos químicos inclui algumas dessas informações, bem como o símbolo utilizado para representá-los. Obrigatoriamente, a representação de um elemento químico deve conter seu número de massa, seu número atômico e seu símbolo.

Algumas tabelas periódicas complementam essas informações com estado físico, distribuição eletrônica, propriedades periódicas etc.

A ideia de Thomson de um átomo neutro (mesma quantidade de partículas positivas e negativas) manteve-se no decorrer da evolução dos modelos atômicos. Quando essa neutralidade ocorre, dizemos que os átomos encontram-se em seu estado fundamental, isto é, o número de prótons no núcleo é igual ao número de elétrons na eletrosfera.

Quando essa igualdade não é mantida, dizemos que os átomos tornaram-se íons — o número de prótons é diferente do número de elétrons. Isso ocorre quando o átomo ganha ou perde elétrons, a fim de alcançar um estado de menor energia, um estado mais estável.

Quando o átomo perde elétrons, ele passa a ter mais prótons, tornando-se positivamente carregado. Ao íon positivo, ou seja, com excesso de prótons, damos o nome de cátion. Quando o átomo ganha elétrons, ele se torna negativamente carregado, ou seja, tem mais elétrons do que prótons. Ao íon negativo, com excesso de elétrons, damos o nome de ânion.

A seguir, demonstraremos dois exemplos:

  • o íon Mg2+, que perdeu dois elétrons e tornou-se um cátion bivalente;

  • e o íon F-, que recebeu um elétron e tornou-se um ânion monovalente.

Como podemos aplicar essas informações a respeito dos íons? Vejamos um exemplo do íon cádmio e como calcular a quantidade de suas partículas subatômicas e de sua massa.

Com base na representação do íon, podemos retirar as seguintes informações: A = 112 e Z= 48 ou p = 48

Pela fórmula A = p + n, podemos calcular o número de nêutrons:

A = p + n

112 = 48 + n

n = 112 – 48

n = 64

Por ser um cátion bivalente, seu número de elétrons é duas unidades menor que o número de prótons, portanto: 48 – 2 = 46 elétrons.

Saiba também: Raio iônico

Videoaula: Atomística

Carregando...

Semelhança atômica

Quando comparamos dois átomos, podemos encontrar algumas semelhanças nas quantidades de partículas subatômicas presentes em suas estruturas ou ainda na sua massa. E para cada tipo de semelhança, temos uma classificação diferente:

  • Isótopos

Ocorrem quando dois átomos apresentam o mesmo número de prótons (p), ou seja, possuem o mesmo número atômico (Z).  Veja o exemplo dos isótopos do carbono:

ISÓTOPOS

PARTÍCULAS SUBATÔMICAS

 

PRÓTONS

NÊUTRONS

ELÉTRONS

CARBONO 12 – 12C

6

6

6

CARBONO 13 – 13C

6

7

6

CARBONO 14 – 14C

6

8

6

Como a quantidade de prótons e a quantidade de elétrons são iguais para átomos neutros, átomos isótopos terão também o mesmo número de elétrons quando não estivermos comparando átomos neutros e íons. Note também que átomos isótopos possuem diferentes números de nêutrons e de massa.

  • Isótonos

Ocorrem quando dois átomos possuem a mesma quantidade de nêutrons no núcleo. Veja o exemplo em que são comparados um átomo de cálcio e um átomo de cloro:

ISÓTONOS

PARTÍCULAS SUBATÔMICAS

 

PRÓTONS

NÊUTRONS

ELÉTRONS

20Ca40

20

20

20

17Cl 37

17

20

17

Nesse caso, a única semelhança entre os átomos está no número de nêutrons, diferindo-se em todos os outros aspectos.

  • Isóbaros

São átomos que possuem semelhança no número de massa, como o potássio e o argônio:

ISÓBÁROS

PARTÍCULAS SUBATÔMICAS

 

PRÓTONS

NEUTRONS

ELÉTRONS

19K40

19

21

19

20Ar40

20

20

20

Apesar das diferenças nas partículas que compõem o núcleo desses átomos, eles possuem a mesma massa atômica.

  • Isoeletrônicos

Quando duas espécies químicas (átomos ou íons) apresentam o mesmo número de elétrons. No caso dos íons, deve-se levar em conta sua carga para identificar a quantidade de elétrons. Veja no exemplo:

ISOELETRÔNICOS

PARTÍCULAS SUBATÔMICAS

 

PRÓTONS

NEUTRONS

ELÉTRONS

12 Mg+224

12

12

10

10 Ne 20

10

10

10

Obs.: Átomos neutros isótopos também são classificados como isoeletrônicos.

  • Exemplos

Veja, a seguir, como são trabalhados os conceitos de semelhanças atômicas:

  1. Dois átomos (A e B) são isóbaros. O átomo A tem número de massa igual a 7x + 5 e número atômico igual a 5x – 4. O átomo B tem número de massa igual a 9x – 3. Quais são o número atômico, o número de massa, o número de nêutrons e o número de elétrons do átomo A?

Para resolver essa questão, precisamos, primeiramente, encontrar o valor de x. Para isso, vamos igualar a massa do átomo A com a massa do átomo B, já que eles são isóbaros:

7x + 5 = 9x – 3

9x – 7x = 5 +3

2x = 8

x = 4

Com o valor de X, basta substituí-lo nas expressões fornecidas e encontrar as informações pedidas:

- Número atômico:

Z = 5x – 4

Z = 5 . 4 – 4

Z = 20 – 4

Z = 16

- Número de massa:

A = 7x + 5

A = 7 . 4 + 5

A = 28 + 5

A = 33

- Número de nêutrons:

A = p + n

33 = 16 + n

n = 33 – 16

n = 17

Portanto, o número atômico, o número de massa, o número de nêutrons e o número de elétrons do átomo A são, respectivamente: 16, 33, 17 e 16 (por ser um átomo neutro, p = e). Para saber mais sobre, acesse: Semelhanças atômicas.

História

A composição da matéria é estudada desde a Antiguidade, mais especificamente desde o século V a.C., quando os filósofos gregos Leucipo e Demócrito propuseram a explicação de que a matéria era constituída de pequenas partículas que não poderiam ser divididas e deram a essas partículas o nome de átomos.

Essa teoria vigorou por vários anos, até que o químico e físico inglês John Dalton, por volta de 1808, após estudos baseados nas leis ponderais e em experimentos, propôs que a matéria era formada por partículas de formato esférico, indivisível e sem carga.

Dentro dessa perspectiva, átomos que tivessem as mesmas características e propriedades seriam do mesmo elemento químico e sofreriam um rearranjo quando realizassem uma reação química. Esse modelo ficou conhecido como bola de bilhar, por ser esférico e maciço. Para saber mais sobre, leia: Modelo atômico de Dalton.

Com a diversificação das pesquisas e o aprofundamento dos experimentos, foram surgindo outros modelos mais plausíveis e que possibilitavam a explicação de outros fenômenos.

Assim, foi em 1887 que o físico britânico Joseph John Thomson alterou a ideia de partícula indivisível que se fazia do átomo. Por meio de experimentos com raios catódicos, ele descobriu o elétron, uma partícula de carga negativa que está presente na estrutura atômica.

Para explicar o caráter neutro da matéria, ele indicou que o átomo seria uma massa positiva, com os elétrons distribuídos uniformemente. Esse modelo ficou conhecido como o pudim de passas. Para saber mais sobre, leia: Modelo atômico de Thomson.

Em 1911, o físico Ernest Rutherford, nascido na Nova Zelândia, descobriu que o átomo não era uma esfera maciça, como indicavam os outros modelos, e sim uma estrutura com grandes espaços vazios. Ele fez essa descoberta após realizar experimentos para entender um pouco mais sobre a radioatividade e as partículas alfa, tendo sido essas, para tanto, bombardeadas em uma fina lâmina de ouro.

Nesse experimento, Rutherford pôde observar que algumas partículas alfa não atravessavam a lâmina de ouro, outras sofriam um desvio na trajetória, e a maioria delas passava direto, sem alteração na direção. 

Experimento de Rutherford em que partículas alfa foram bombardeadas em uma fina camada de ouro.
Experimento de Rutherford em que partículas alfa foram bombardeadas em uma fina camada de ouro.

Após essas observações, Rutherford concluiu que o átomo era composto por um núcleo denso e positivo, em que estavam contidos os prótons, e os elétrons orbitavam ao redor do núcleo em um grande espaço vazio, chamado eletrosfera. Essa descrição lembra o Sistema Solar, nome pelo qual se designou esse modelo atômico. Para saber mais sobre, leia: Modelo atômico de Rutherford.

O modelo atômico de Rutherford é conhecido como o modelo planetário.
O modelo atômico de Rutherford é conhecido como o modelo planetário.

Baseado no modelo atômico de Rutherford, o físico dinamarquês Niels Bohr propôs uma reformulação do modelo atômico, e, assim, em 1913, surgiu o modelo de Bohr (em alguns casos, também chamado de Rutherford-Bohr), que explicava como os elétrons estavam distribuídos na eletrosfera. Para tanto, elaborou alguns postulados, a fim de descrever sua teoria:

  1. Os elétrons movimentam-se ao redor do núcleo em órbitas circulares e com energias definidas, denominadas camadas eletrônicas.
  2. Cada camada possui uma energia permitida para os elétrons, a qual aumenta à medida que se distancia do núcleo. Os elétrons não perdem ou ganham energia espontaneamente ao movimentarem-se na camada.
  3. Os elétrons podem absorver energia e saltar para uma camada mais externa, porém de maneira instável. Quando o elétron retorna para sua camada de origem, ele emite a energia absorvida na forma de luz ou calor. Esse fenômeno é denominado salto quântico.

O modelo atômico de Bohr considerou os níveis de energia em que os átomos orbitavam ao redor do núcleo
O modelo atômico de Bohr considerou os níveis de energia em que os átomos orbitavam ao redor do núcleo.

Leia também: Distribuição eletrônica de elétrons

Exercício resolvido

(Enem) Os núcleos dos átomos são constituídos de prótons e nêutrons, sendo ambos os principais responsáveis pela sua massa. Nota-se que, na maioria dos núcleos, essas partículas não estão presentes na mesma proporção. O gráfico mostra a quantidade de nêutrons (N) em função da quantidade de prótons (Z) para os núcleos estáveis conhecidos.

Gráfico com quantidade de prótons e nêutrons. (Foto: Reprodução/Enem)
Gráfico com quantidade de prótons e nêutrons. (Foto: Reprodução/Enem)

O antimônio é um elemento químico que possui 50 prótons e possui vários isótopos ― átomos que só se diferem pelo número de nêutrons. De acordo com o gráfico, os isótopos estáveis do antimônio possuem

a) entre 12 e 24 nêutrons a menos que o número de prótons.

b) exatamente o mesmo número de prótons e nêutrons.

c) entre 0 e 12 nêutrons a mais que o número de prótons.

d) entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons.

e) entre 0 e 12 nêutrons a menos que o número de prótons.

Analisando o gráfico, mais precisamente na linha dos 50 prótons, percebe-se que os isótopos possuem de 62 a 74 nêutrons, isto é, de 12 a 24 nêutrons a mais que o número de prótons do antimônio.

Gabarito: Letra D.

 

Por Victor Felix
Graduado em Química

Listagem de Artigos

  • SIGA O BRASIL ESCOLA
Brasil Escola