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Nêutrons

Os nêutrons são partículas subatômicas neutras, isto é, sem carga elétrica, localizadas no núcleo atômico, essenciais para a estabilidade nuclear.

Representação gráfica de um átomo, que possui três partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons.
Os nêutrons são partículas subatômicas neutras, isto é, sem carga elétrica, localizadas no núcleo dos átomos. Na imagem, são as bolas verdes.
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Os nêutrons são partículas subatômicas neutras, isto é, sem carga elétrica, que são encontradas no núcleo dos átomos, juntamente com os prótons. Nesse sentido, a descoberta dos nêutrons foi fundamental para o desenvolvimento da Física Nuclear e da compreensão da estrutura dos átomos. Eles desempenham um papel crucial na estabilidade dos núcleos atômicos, ajudando a equilibrar as forças elétricas entre os prótons. Além disso, são essenciais em reações nucleares, como em processos de fissão nuclear.

Leia também: Elétrons — partículas subatômicas com carga elétrica negativa que orbitam em torno do núcleo de um átomo

Tópicos deste artigo

Resumo sobre os nêutrons

  • Nêutrons são partículas subatômicas neutras, isto é, sem carga elétrica.

  • São localizados no núcleo atômico, juntamente com os prótons.

  • Foram descobertos por James Chadwick em 1932.

  • Possuem massa aproximadamente igual à dos prótons.

  • São importantes para a estabilidade nuclear.

  • São usados em experimentos de dispersão e em reatores nucleares.

  • Desempenham papel crucial em diversas áreas da ciência.

O que é um nêutron?

Nêutrons são partículas subatômicas neutras, isto é, sem carga elétrica, que são encontradas no núcleo dos átomos, juntamente com os prótons. Essa partícula subatômica, que contribui significativamente para a massa do átomo, foi descoberta em 1932 por James Chadwick. Além dos nêutrons, que não possuem carga elétrica, há nos átomos os prótons, que têm carga positiva, e os elétrons, que têm carga negativa.

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Como calcular o número de nêutrons?

Para calcular o número de nêutrons em um átomo, basta subtrair o número atômico (prótons) do número de massa. Uma vez que a massa dos elétrons é ínfima, a massa atômica é basicamente a soma das massas dos prótons e nêutrons presentes no núcleo (A = N + Z). Sendo assim, para o número de nêutrons temos:

N = AZ

  • N = Nº de nêutrons

  • A = Nº de massa

  • Z = Nº de prótons

Exemplo:

Considere o átomo de carbono, que tem um número atômico igual a 6 e um número de massa de aproximadamente 12. Qual é o número de nêutrons do átomo de carbono? A partir desse cálculo, determine quantos nêutrons há no núcleo atômico do cloro (35Cl17).

Resolução:

Usaremos N = A – Z para saber qual é o número de nêutrons do átomo de carbono:

N = 12 – 6

N = 6

Então, o átomo de carbono tem 6 nêutrons. Da mesma forma, podemos determinar quantos nêutrons há no núcleo atômico do cloro (35Cl17), cuja massa atômica é aproximadamente 35 e número atômico, 17. Logo:

N = 35 – 17

N = 18

Ou seja, 18 nêutrons.

Localização dos nêutrons

Os nêutrons estão localizados no núcleo atômico, juntamente com os prótons. Vale lembrar que o núcleo é a região central do átomo, onde a maior parte de sua massa está concentrada. Sendo assim, enquanto os elétrons, que têm carga negativa, orbitam em torno do núcleo em diferentes níveis de energia, formando a eletrosfera do átomo, os nêutrons e prótons estão confinados no núcleo, conforme pode ser visualizado na imagem abaixo:

Representação gráfica do átomo no modelo planetário, com indicação da posição dos prótons, dos nêutrons e dos elétrons.
Os nêutrons ficam confinados no núcleo atômico, juntamente com os elétrons.

Função dos nêutrons

Os nêutrons desempenham diversas funções essenciais na estrutura dos átomos e em aplicações científicas. Nos átomos, eles contribuem para a estabilidade nuclear ao ajudar a manter os prótons unidos no núcleo, equilibrando a repulsão entre as cargas elétricas positivas dos prótons, devido à força nuclear forte, que é a interação responsável pela coesão dos componentes nucleares. Além disso, em reatores nucleares, são fundamentais para a fissão nuclear controlada, liberando uma grande quantidade de energia durante o processo. ​

Ilustração mostrando a força nuclear forte, relacionada à força dos prótons e dos nêutrons no núcleo atômico.
A força nuclear forte é a mais poderosa das quatro forças fundamentais, mas ela atua apenas em distâncias muito pequenas, dentro do núcleo atômico.

Em experimentos de dispersão, os nêutrons são usados como sondas para investigar a estrutura interna de núcleos atômicos e outros materiais. Além disso, podem ser absorvidos por núcleos atômicos, resultando em transformações nucleares.

Propriedades dos nêutrons

Conhecer as propriedades dos nêutrons ajuda na compreensão do seu comportamento como partículas subatômicas e suas possíveis aplicações. Sendo assim, neste tópico destacamos algumas dessas propriedades:

  • Spin: os nêutrons possuem um momento angular intrínseco, conhecido como spin. O spin do nêutron é 1/2, o que significa que ele é um férmion (partícula com spin semi-inteiro).

  • Estabilidade: os nêutrons são estáveis quando estão no núcleo de um átomo estável. No entanto, nêutrons livres (não ligados a um núcleo) têm uma meia-vida de cerca de 14 minutos, decaindo em um próton, um elétron e um antineutrino.

  • Interatividade nuclear: os nêutrons interagem com prótons e outros nêutrons por meio da força nuclear forte, uma das quatro forças fundamentais da natureza. Essa interação é responsável pela coesão dos núcleos atômicos.

História dos nêutrons

A história dos nêutrons é marcada por descobertas fundamentais e avanços científicos significativos. Nesse contexto, vamos explorar um pouco de como foi a evolução da compreensão acerca dessa partícula:

  • Descoberta do núcleo atômico (1911): em 1911, o núcleo atômico foi descoberto por Ernest Rutherford em 1911. Através do famoso experimento de espalhamento de partículas alfa, Rutherford determinou que a maior parte da massa e carga positiva do átomo estava concentrada em um núcleo pequeno e denso no centro do átomo.

  • Prótons e elétrons (até 1930): a descoberta do próton por Rutherford e outros, juntamente com a teoria do modelo atômico de Bohr, estabeleceu as bases para a compreensão dos componentes carregados do átomo.

  • Descoberta do nêutron (1932): a existência do nêutron foi proposta por Ernest Rutherford em 1920, como uma partícula neutra para explicar a estabilidade dos núcleos atômicos. No entanto, o nêutron só foi descoberto experimentalmente por James Chadwick em 1932. Chadwick realizou uma série de experimentos de bombardeio de berílio com partículas alfa, observando a emissão de uma radiação neutra que ele identificou como nêutrons.

Experimento com partículas alfa feito por James Chadwick, que descobriu os nêutrons.
Experimento com partículas alfa feito por James Chadwick.

A descoberta dos nêutrons trouxe uma compreensão mais profunda da estrutura nuclear. Eles foram identificados como partículas com massa semelhante aos prótons, mas sem carga elétrica. Sendo assim, sua presença nos núcleos atômicos explicava a estabilidade dos átomos e a repulsão eletrostática entre prótons.

Após a sua descoberta, os nêutrons tornaram-se essenciais em diversas áreas da ciência. Foram usados em experimentos de dispersão para investigar a estrutura interna dos núcleos atômicos e de outros materiais. Além disso, desempenham um papel fundamental em reatores nucleares, sendo essenciais para a produção controlada de energia nuclear.

Por fim, a descoberta e compreensão dos nêutrons representaram um marco crucial na história da Física Nuclear e da ciência como um todo. Sua descoberta contribuiu significativamente para o desenvolvimento de teorias nucleares e aplicações práticas que moldaram o mundo moderno.

Para saber mais detalhes sobre a descoberta do nêutron, clique aqui.

Prótons, nêutrons e elétrons

Sabendo que os prótons, nêutrons e elétrons constituem os átomos e influenciam nas propriedades físicas e químicas da matéria, vamos entender melhor as diferenças existentes entre eles com as informações da tabela abaixo:

Propriedade

Próton

Nêutron

Elétron

Carga elétrica

+1

0

-1

Massa

~1,675 × 10-27 kg

~1,675 × 10-27 kg

~9,11 × 10-31 kg

Localização

Núcleo atômico

Núcleo atômico

Órbita em torno do núcleo

Spin

1/2

1/2

1/2

Estabilidade

Estável

Estável (no núcleo)

Estável

Exercícios resolvidos sobre nêutrons

Questão 1

(PUC - Adaptado) O flúor é um elemento de número atômico 9 e possui apenas um isótopo natural, o ¹⁹F. Sobre esse elemento e seus compostos, é correto afirmar que:

A) O isótopo natural do flúor possui 10 nêutrons.

B) O íon F⁻ tem 8 elétrons.

C) O flúor é um elemento da família dos elementos calcogênios.

D) No gás fluor, F₂, se tem uma ligação covalente polar.

E) Na molécula do ácido fluorídrico, HF, o flúor é menos eletronegativo que o hidrogênio.

Resolução:

Alternativa A.

Ao subtrair o número de prótons do número de massa, temos: N = 19 – 9 = 10. Logo, o átomo de flúor tem 10 nêutrons.

Questão 2

(IFSul-MG) Sabendo que um átomo possui 12 prótons, 13 nêutrons e 12 elétrons, pode-se afirmar que:

A) O número de massa é 25.

B) O número atômico é 37.

C) Existem 12 partículas no núcleo do átomo.

D) Existem 24 partículas neutras no átomo.

Resolução:

Alternativa A.

Uma vez que se conhecem os números de prótons e nêutrons, torna-se possível calcular a massa atômica, somando os dois valores. Sendo assim: A = N + Z, ou seja, A = 12 + 13 = 25.

Fontes

AMALDI, E. From the discovery of the neutron to the discovery of nuclear fission. Physics Reports, 1984.

CAMPILLO-RIVERA, G. E. et al. Neutrons in medicine. In: A Closer Look at Neutrons in Nuclear and Radiological Engineering. [s.l: s.n.]. p. 109–135.

GARCÍA-BAONZA, R. Neutron features: The importance of neutrons. In: A Closer Look at Neutrons in Nuclear and Radiological Engineering. [s.l: s.n.].

GOODHEAD, D. T. Neutrons are forever! Historical perspectives. International Journal of Radiation Biology, 2019.

LONGAIR, M. Rutherford and the Cavendish Laboratory. Journal of the Royal Society of New Zealand, 2021.

NESVIZHEVSKY, V.; VILLAIN, J. The discovery of the neutron and its consequences (1930–1940). Comptes Rendus Physique, 2017.

ROY, T.; PATEL, T.; RAY, N. Physics and Design of Sources for Neutron Imaging. In: Neutron Imaging: Basics, Techniques and Applications. [s.l: s.n.]. p. 33–56.

YAKOVLEV, D. G. et al. Lev Landau and the concept of neutron stars. Physics-Uspekhi, v. 56, n. 3, p. 289–295, 2013.  

Escritor do artigo
Escrito por: Jhonilson Pereira Gonçalves Graduado em ciências licenciatura/química (UEMA), mestre em química (UFMA) e pós-graduado em metodologia do ensino de física e química. Possui experiência na área da educação como professor do ensino fundamental ao superior.

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

GONçALVES, Jhonilson Pereira. "Nêutrons"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/neutron.htm. Acesso em 19 de maio de 2024.

De estudante para estudante


Lista de exercícios


Exercício 1

As ideias de diferentes cientistas tiveram uma grande contribuição para a moderna teoria atômica. Muito do que se conhece hoje sobre o átomo partiu de propostas modestas, influenciadas pela disponibilidade de tecnologias ainda limitadas.

As figuras indicadas acima (I, II, e III), por exemplo, indicam os primeiros modelos atômicos propostos, porém nenhum deles pertence ao cientista denominado:

a) Thompson

b) Dalton

c) Rutherford

d) Chadwick

Exercício 2

Quando realizamos um cálculo utilizando a diferença entre o número de massa de um átomo e o seu número de prótons, estamos determinando a quantidade de:

a) prótons.

b) nêutrons.

c) elétrons.

d) mésons.

e) pósitrons.