Os Átomos e os Elementos Químicos

O que é Elemento Químico?

Denomina-se elemento químico um conjunto de átomos que têm o mesmo número de prótons em seu núcleo, ou seja, o mesmo número atômico (Z).
O termo elemento químico pode se referir também a elementos fundamentais da matéria, que não podem decompor-se em substâncias mais simples por métodos químicos, ou seja, elementos indivisíveis.
Este último conceito algumas vezes é chamado de substância elementar, diferindo da primeira definição, mas muitas vezes, o mesmo conceito é usado em ambos os casos.

Exemplo:

    Oxigênio é o elemento químico constituído por todos os átomos que possuem número atômico 8, isto é, com oito prótons.

    Cálcio é o elemento químico constituído por todos os átomos que possuem número atômico 20, isto é, com vinte prótons.

Representação



Tabela Periódica


Representação na Tabela Periódica

O que é Átomo?

O átomo é partícula fundamental da matéria. O nome átomo foi dado pelo filósofo grego Demócrito. Ele acreditava que todos os materiais possuiriam uma menor parte, que seria indivisível (a = prefixo Grego que significa falta de  ; tomo = partes).
Daí surgia o nome Átomo, que no conhecimento daquela época seria a menor partícula existente que poderia ser dividida.

Os átomos porém são compostos de partículas menores: os prótons, os nêutrons e os elétrons. No átomo, os elétrons gira ao redor do núcleo, que contém prótons e nêutrons.

      Elétrons são minúsculas partículas que vagueiam aleatoriamente ao redor do núcleo central do átomo, sua massa é cerca de 1840 vezes menor que a do Núcleo. Prótons e nêutrons são as partículas localizadas no interior do núcleo, elas contém a maior parte da massa do átomo.

O Interior do Átomo

No centro de um átomo está o seu núcleo, que apesar de pequeno, contém quase toda a massa do átomo. Os prótons e os nêutrons são as partículas nele encontradas, cada um com uma massa atômica unitária.

Como você pode perceber, o átomo é muito parecido com o Sistema Solar. No Sistema Solar, o sol fica no centro e ao redor dele giram os planetas. No átomo, de um modo semelhante, os elétrons giram em torno do núcleo, em órbitas dispostas em planos diferentes.

Num átomo, o número de prótons (p) é igual ao de elétrons. Mas o número de nêutrons pode ser diferente do de elétrons e de prótons.

Características das Partículas:

Prótons: tem carga elétrica positiva e uma massa unitária.
Nêutrons: não tem carga elétrica mas tem massa unitária.
Elétrons: tem carga elétrica negativa e quase não possuem massa.

Número Atômico (Z)

Os diferentes tipos de átomos (elementos químicos) são identificados pela quantidade de prótons (P) que possui. Esta quantidade de prótons recebe o nome de número atômico e é representado pela letra Z.

O número atômico identifica o átomo que estamos trabalhando.

Se um átomo tem número de atômico 6, é o carbono, apresenta 6 prótons.
Se um um átomo tem número atômico 13, é o aluminio, apresenta 13 prótons.

Z - Número Atômico
P - Prótons
Z = P

Verifica-se que em um átomo o n.º de prótons é igual ao n.º de elétrons (e), isto faz com que esta partícula seja um sistema eletricamente neutro.

P = e

Resumindo:

O número atômico é igual a quantidade de prótons que é igual a quantidade de eletróns, sendo ele um sistema eletricamente neutro.

Z = P             Z = P = e

Número de Massa (A)

Outra grandeza muito importante nos átomos é o seu número de massa (A), que corresponde à soma do número de prótons (Z ou P) com o n.º de nêutrons (N).

A = P + N

 Exemplos:
Vamos calcular o elemento químico Sódio-23 (Na), como mostrado na figura abaixo.

O sódio é um elemento químico de símbolo Na (Natrium em latim), de número atômico 11 (11 eletróns, 11 prótons e 12 nêutrons) e massa atômica 23 u (Unidade Atômica).

Temos os dados: 

Número atômico → Z =11

Número de prótons → P = Z = 11

Número de elétrons → P = Z = e = 11

Número de Neutrons → n = A - Z

Número de massa → A = Z + n
                                          A = 11 +12
                                          A = 23

Outras Definições:

Átomo neutro

Aquele em que o número de prótons é igual ao número de elétrons.
Exemplo:

 ₁₁Na²³ e ₈O¹⁶

 Íon

Espécie química cujo número de prótons é diferente do número de elétrons. Os cátions são formados por retiradas de um ou mais elétrons da eletrosfera de um átomo: íon carregado positivamente.

Exemplos:

²³₁₁Na¹⁺ = perdeu 1 elétron
³⁵₁₇Cl^1- = ganhou 1 elétron

Ânions

São formados quando adicionamos um ou mais elétrons à eletrosfera de um átomo: íon carregado negativamente.

Exemplos:

¹⁶₈O^2- = ganhou 2 elétrons
³⁵₁₇Cl^1- = ganhou 1 elétron


Isótopos: É quando os átomos comparados possuem mesmo n.º atômico (lembrando que Z=P) e diferente número de massa.



A diferença nos pesos atómicos resulta de diferenças no número de neutrons nos núcleos atómicos, ou seja, os isótopos são átomos que possuem a mesma quantidade de prótons, mas não a mesma de neutrons.

Ex.: O átomo de Hidrogênio possui três formas de isótopos: o Prótio (1 próton sem nêutron) o Deutério (1 próton e 1 nêutron) e o Trítio (1 próton e 2 nêutrons).

Na nomenclatura científica, os isótopos são designados pelo nome do elemento seguido por um hífen e pelo número de núcleons (prótons e nêutrons) no núcleo atómico (ex: ferro-57, urânio-238, hélio-3). Na forma simbólica, o número de núcleons é escrito como um prefixo subido do símbolo químico (ex: 57Fe, 238U, ³He).

Isóbaros: São átomos que possuem mesmo n.º de massa e diferentes números atômico.



 Ex.:

₆C¹⁴ (A=14 e Z=6)  e ₇N¹⁴ (A=14 e Z=7)

 Diz-se que os elementos C e N são isóbaros quando comparados.

 Isótonos: São átomos que possuem mesmo n° de nêutrons e diferentes números atômicos e de Massa.



Espécie Isoeletrônicas
São as espécies químicas que possuem a mesma quantidade de elétrons.

O átomo N e o íon radical O⁺ são isoeletrônicos porque cada um tem 5 elétrons na camada eletrônica exterior.
 Da mesma forma, os cátions K⁺, Ca²⁺, e Sc³⁺, os ânions Cl⁻, S²⁻, e P³⁻ são todos isoeletrônicos com o átomo Ar.
 Em tais casos monoatômicos, há uma tendência clara nos tamanhos dessas espécies, com raio atômico diminuindo à medida que a carga aumenta.
CO, N₂ e NO⁺ são isoeletrônicos porque cada um tem 2 núcleos e 10 elétrons de valência - 4+6, 5+5, e 5+5, respectivamente. Talvez seja mais preciso pensar na molécula de dióxido de carbono, como C^-O⁺, considerando a sua coordenação, o que lhe confere uma distribuição 5+5 de elétrons como os outros.

Para se lembrar dos nomes, tente pensar da seguinte forma:

• Ao ler isótoPos, lembre-se do P, de próton.

• Ao ler isótoNos, lembre-se do N, de nêutron.

• Ao ler isóbAro, lembre-se do A, de massa.

Exercício Resolvido

1. Dados os elementos X, Y e Z:

• X e Z são isótopos (Possuem o mesmo número atômico (Prótons = 16);

• Y e Z são isóbaros (Possuem a mesma quantidade de massa = 32);

• Z tem massa 32;

• Z possui 16 elétrons;

• X tem 2 Nêutrons a mais que Z;

• X e Y são isótonos

Dê os números de massa, prótons e nêutrons de cada elemento.