Estrutura Atômica — Prótons, Nêutrons e Elétrons

A estrutura atômica explica como um átomo é formado por prótons, nêutrons e elétrons. A versão rápida é esta: os prótons identificam o elemento, os nêutrons mudam o isótopo e os elétrons mudam a carga.

Se você mantiver essas três funções separadas, a maioria das dúvidas iniciais fica muito mais fácil. Dá para identificar qual é o átomo, se ele é um isótopo específico e se é neutro ou um íon.

Estrutura Atômica Em Resumo

Um átomo tem um núcleo minúsculo no centro e elétrons ao seu redor. O núcleo contém quase toda a massa do átomo porque abriga os prótons e os nêutrons.

Na química básica, esta é a imagem mais importante:

• prótons são positivos e ficam no núcleo
• nêutrons são neutros e ficam no núcleo
• elétrons são negativos e ocupam regiões ao redor do núcleo

O Que Cada Partícula Altera

Prótons

Os prótons ficam no núcleo e têm carga positiva. O número de prótons é o número atômico, e esse número define o elemento.

Se um átomo tem 8 prótons, ele é oxigênio. Se tem 6 prótons, ele é carbono. Isso continua sendo verdade mesmo que a quantidade de nêutrons mude.

Nêutrons

Os nêutrons também ficam no núcleo, mas não têm carga elétrica. Eles acrescentam massa e ajudam a distinguir um isótopo de um elemento de outro.

Mudar a quantidade de nêutrons não cria um novo elemento. Isso cria um isótopo diferente do mesmo elemento, como carbono-12 e carbono-14.

Elétrons

Os elétrons têm carga negativa e ocupam regiões ao redor do núcleo. Na química básica, eles costumam ser descritos como preenchendo camadas ou níveis de energia.

Os elétrons são mais importantes para as ligações químicas e para a formação de íons. Se o átomo é neutro, o número de elétrons é igual ao número de prótons. Se o átomo é um íon, essa igualdade deixa de valer.

Número Atômico Vs. Número de Massa

É fácil confundir esses dois termos porque ambos são contagens, mas eles respondem a perguntas diferentes.

O número atômico informa quantos prótons o átomo tem:

$$\text{atomic number} = \text{number of protons}$$

O número de massa informa quantos prótons e nêutrons existem em um átomo específico:

$$\text{mass number} = \text{protons} + \text{neutrons}$$

Então, se o número de massa for dado para um isótopo, você pode encontrar os nêutrons com

$$\text{neutrons} = \text{mass number} - \text{atomic number}$$

Essa subtração só funciona quando você está usando o número de massa de um isótopo específico, como carbono-12 ou sódio-23. O valor decimal na tabela periódica é diferente: ele é uma massa atômica média ponderada, não o número de massa de um único átomo.

Exemplo Resolvido: Carbono-12

O carbono-12 é um bom exemplo porque a quantidade de cada partícula mostra uma ideia diferente.

O carbono tem número atômico 6, então todo átomo de carbono tem 6 prótons. O nome carbono-12 informa que o número de massa é 12, então

$$\text{neutrons} = 12 - 6 = 6$$

Se o átomo for neutro, ele também terá 6 elétrons, porque átomos neutros têm números iguais de prótons e elétrons.

Então, um átomo neutro de carbono-12 tem:

1. 6 prótons
2. 6 nêutrons
3. 6 elétrons

Esse único exemplo permite separar claramente as funções. Os 6 prótons fazem dele carbono, os 6 nêutrons fazem dele o isótopo carbono-12, e os 6 elétrons fazem com que ele seja neutro em vez de carregado.

Por Que a Estrutura Atômica Importa

A estrutura atômica é o ponto de partida para grande parte da química básica. Quando você entende qual partícula altera o quê, os temas seguintes deixam de parecer desconectados.

• A quantidade de prótons se conecta diretamente à tabela periódica.
• A quantidade de elétrons ajuda a explicar íons e ligações químicas.
• A quantidade de nêutrons ajuda a explicar isótopos e diferenças de massa atômica.

É por isso que a estrutura atômica volta a aparecer em configuração eletrônica, tendências periódicas e ligações químicas.

Erros Comuns em Estrutura Atômica

Tratar Número Atômico E Número de Massa Como Se Fossem a Mesma Coisa

Eles não são intercambiáveis. O número atômico conta apenas prótons. O número de massa conta prótons mais nêutrons.

Pensar Que Nêutrons Mudam o Elemento

Não mudam. Um átomo com uma quantidade diferente de nêutrons geralmente é um isótopo diferente, não um elemento diferente.

Esquecer a Condição de Átomo Neutro

Elétrons são iguais a prótons apenas quando o átomo é neutro. Em um íon, a quantidade de elétrons muda de acordo com a carga.

Usar a Massa Atômica da Tabela Periódica Como Se Fosse Número de Massa

A tabela periódica geralmente mostra uma massa atômica média. Você não deve subtrair o número atômico desse valor decimal e esperar obter a quantidade de nêutrons de um átomo exato.

Quando Você Usa Estrutura Atômica

Você usa estrutura atômica ao estudar:

1. isótopos
2. íons
3. configuração eletrônica
4. tendências periódicas
5. ligações químicas

Ela também é o primeiro passo para ler a notação nuclear e para entender por que átomos do mesmo elemento podem ter massas diferentes.

Tente Fazer Sua Própria Versão

Tente agora com o sódio-23. O sódio tem número atômico 11, então encontre primeiro os prótons, depois os nêutrons e depois os elétrons de um átomo neutro.

Depois disso, compare o sódio neutro com $Na^+$. É uma forma simples de ver que a quantidade de prótons identifica o elemento, enquanto a quantidade de elétrons controla a carga.