Cálculos que envolvem semelhança atômica

Cálculos envolvendo semelhança atômica são muito explorados nos processos seletivos (vestibulares e Enem) e requerem informações específicas de um átomo, a saber:

• número atômico (Z): indica o número de prótons e elétrons de um átomo neutro;

• número de massa (A): é a resultante da soma do número de prótons e elétrons;

• número de elétrons (e);

• número de prótons (p);

• número de nêutrons (n).

O cálculo envolvendo a semelhança atômica pode determinar também a quantidade de partículas (elétrons) necessária para a realização da distribuição eletrônica de um átomo ou de um íon ou para determinar o conjunto de números quânticos de um elétron específico do átomo.

É fundamental que o estudante saiba os tipos e as características de cada um dos tipos de semelhança existentes para ter condições de realizar os cálculos que envolvem esses assuntos.

Tipos de semelhança atômica

a) Isótopos

São átomos que apresentam o mesmo número atômico, ou seja, mesmo número de prótons, e diferentes números de massa.

Exemplos de átomos isótopos

b) Isóbaros

São átomos que apresentam o mesmo número de massa e diferentes números atômicos.

Exemplos de átomos isóbaros

c) Isótopos

São átomos que apresentam diferentes números de massa e números atômicos, mas o mesmo número de nêutrons.

Exemplos de átomos isótonos

d) Isoeletrônicos

São átomos que apresentam o mesmo número de elétrons.

Exemplos de átomos isoeletrônicos

Exemplos de cálculos que envolvem semelhança atômica

Exemplo 1: Considere os elementos ₅₄A¹⁴⁰, B e C, de números atômicos consecutivos, na ordem dada. Sabendo que A e B são isóbaros e que B e C são isótonos, determine o número de nêutrons do elemento B e o número de massa do elemento C.

Resolução:

O exercício fornece os seguintes dados:

- Átomo A

• número de massa (A) = 140;

• número atômico (Z) = 54;

• n = 86, encontrado pela subtração da massa (140) pelo número de prótons (55);

• e = 54, pois o átomo é neutro (p = e);

• p = 54, pois é igual a Z.

- Átomo B

• número de massa (A) = 140, pois é isóbaro de A;

• número atômico (Z) = 55, pois o enunciado diz que os átomos possuem números atômicos consecutivos, assim se A vale 54, B vale 55.

• n = 85, encontrado através da subtração da massa (140) pelo número de prótons (55).

- Átomo C

• número atômico (Z) = 56, pois o enunciado diz que os átomos possuem números atômicos consecutivos; assim, se B vale 55, C vale 56;

• n = 86, pois o enunciado diz que os átomos A e C são isótonos;

• A = 142, encontrado pela soma entre o número de prótons (56) e o número de nêutrons.

Assim temos que o átomo B apresenta 85 nêutrons e o átomo C apresenta número de massa igual a 142.

Exemplo 2: Dois átomos (A e B) são isóbaros. O átomo A tem número de massa igual a 4x + 5 e número atômico igual a 4x + 3. B tem número de massa igual a 6x – 3. Qual é o número atômico, número de massa, número de nêutrons e número de elétrons do átomo A?

Resolução:

O exercício fornece os seguintes dados:

- Átomo A

• número de massa (A) = 4x + 5;

• número atômico (Z) = 2x +3;

• Z = ?

• A = ?

• n = ?

• e = ?

• p =?

- Átomo B

• número de massa = 6x – 3.

Para determinar os valores que ele requer sobre o átomo A, é necessário encontrar o valor da incógnita x.

→ Encontrando o valor de x

Para encontrar o valor de x, vamos igualar a massa do átomo A com a massa do átomo B, já que eles são isóbaros (de mesma massa), como representado a seguir:

4x + 5 = 6x - 3

6x - 4x = 5 + 3

2x = 8

x = 8 
     2

x = 4

Com o valor de x, basta utilizá-lo nas expressões fornecidas para o átomo A e encontrar as partículas requeridas:

→ Calculando o número atômico

Z = 2x +3

Z = 2.(4) +3

Z = 8 + 3

Z = 11

Vale ressaltar que o número atômico de um átomo é sempre igual ao número de prótons, logo, o átomo A apresenta 11 prótons (p). Além disso, como se trata de um átomo neutro, o número de elétrons também é igual a 11 (e).

→ Calculando o número de massa

A = 4x + 5

A = 4 .(4) + 5

A = 16 + 5

A = 21

→ Calculando o número de nêutrons

Como temos o número de prótons e o número de massa, para calcular o número de nêutrons, basta utilizar a expressão padrão para o número de massa:

A = p + n

21 = 11 + n

21 – 11 = n

n = 10

Exemplo 3: O número de elétrons do cátion X²⁺ é igual ao número de prótons do átomo Y, que, por sua vez, é isótopo do átomo W, que apresenta número atômico e número de massa, respectivamente, iguais a 26 e 64. Qual é o número atômico do elemento X?

Resolução:

O exercício fornece os seguintes dados:

- Átomo W

• número de massa (A) = 64;

• número atômico (Z) = 26;

• n = 38, encontrado pela subtração da massa (64) pelo número de prótons (26);

• e = 26, pois o átomo é neutro (p = e);

• p = 26, pois é igual a Z.

- Átomo Y

• número de massa (A) = 140, pois é isóbaro de A;

• número atômico (Z) = 26, pois o enunciado diz que os átomos Y e W são isótopos (mesmo número de prótons);

• número de elétrons = 26, pois o átomo é neutro (p = e).

- Átomo X²⁺ (a carga 2+ indica que o átomo apresenta dois elétrons a menos em relação ao número de prótons)

• número de elétrons = 26, pois o exercício disse que seu número de elétrons é igual ao número de prótons do átomo Y;

• Para determinar o número de prótons e o número atômico do átomo X, basta somar o seu número de elétrons com a carga +2 que foi fornecida:

p ou Z = e + 2

p ou Z = 26 + 2

p ou Z = 28