Prótons

O próton é uma partícula positiva presente na estrutura atômica, estando presente no núcleo atômico. Foi descrito, pela primeira vez, pelo célebre cientista neozelandês Ernest Rutherford, no começo do século XX, após experimentos de transmutação nuclear de elementos.

O próton possui uma massa cerca de 1836 vezes maior que a do elétron e praticamente idêntica à do nêutron, outras partículas subatômicas conhecidas. Atualmente, os elementos químicos são identificados de acordo com seu número de prótons no núcleo, cujo conceito é conhecido como número atômico e é representado pela letra Z.

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Resumo sobre próton

• É uma partícula subatômica de carga positiva localizada no núcleo atômico.

• Foi descrito pelo cientista neozelandês Ernest Rutherford, em 1919.

• Possui mesma intensidade de carga que o elétron, porém com uma massa 1836 vezes maior aproximadamente.

• Um elemento químico é identificado pelo seu número de prótons no núcleo, o chamado número atômico.

• Isótopos são diferentes espécies atômicas que possuem o mesmo número de prótons no núcleo.

Quais as características do próton?

O próton é uma partícula subatômica, presente no núcleo do átomo, e de carga elétrica positiva. Sua carga elétrica real é de mesma intensidade que a da carga do elétron, aproximadamente 1,6 x 10¹⁹ C. Já a sua massa, em unidades de massa atômica, é de 1,007 u.m.a aproximadamente, o que nos dá uma massa de 1,673 x 10^-27 kg. Estudos recentes informam que o próton tem um diâmetro de cerca de 0,833 fm (femtometros), o que dá 8,33 x 10^-16 m.

O próton, diferentemente do elétron, não é uma partícula fundamental, ou seja, ele é formado por partículas ainda menores, que, no caso, são três quarks (dois up e um down).

Descoberta do próton

Embora não se saiba ao certo quem tenha descoberto o próton, tal descoberta é atribuída ao físico neozelandês Ernest Rutherford. A eletroneutralidade da matéria já era de conhecimento científico desde o final do século XIX. Após Thomson descobrir e determinar o elétron como partícula fundamental, por meio dos raios catódicos, Eugen Goldstein determinou os raios canais, de carga oposta aos raios catódicos de Thomson. Em 1909, Millikan determinou, com boa precisão, a carga do elétron.

O termo “próton” foi adotado pela ciência em 1919. Nesse ano, Rutherford e seus colaboradores conseguiram fazer, pela primeira vez na história, a transmutação artificial de um elemento em outro. Nesse experimento, o gás nitrogênio foi bombardeado com partículas alfa altamente energizadas, sendo possível detectar partículas de comportamento análogo ao de núcleos de hidrogênio, as quais Rutherford acreditava serem provenientes do núcleo dos átomos de nitrogênio.

A reação que de fato ocorreu foi a transmutação do nitrogênio em oxigênio por meio de uma reação nuclear semelhante à descrita a seguir.

Rutherford foi influenciado pela teoria de William Prout, de 1815, a qual dizia que os átomos eram compostos de átomos de hidrogênios (chamados por Prout de protilo), e sabia que o átomo de hidrogênio era também o mais leve e simples elemento. Contudo, posteriormente, Rutherford conseguiu provar ainda que os átomos de hidrogênio também possuíam um núcleo, ou seja, que a espécie H⁺ deveria ser, na verdade, uma partícula. Para essa nova partícula, Rutherford utilizou o termo próton, em referência à teoria de Prout, e a reação acima foi escrita utilizando-se a letra “p” no lugar do hidrogênio.

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Prótons e estrutura atômica

Os prótons têm grande aplicação para a compreensão da estrutura atômica, principalmente nos conceitos de número atômico (Z) e número de massa (A).

• Número atômico (Z): atualmente, identifica-se um átomo pelo seu número de prótons no núcleo, ou seja, o número atômico é numericamente igual ao número de prótons que determinado átomo possui em seu núcleo. Essa utilização da carga nuclear foi então utilizada por Moseley, em 1913, para reorganizar a Tabela Periódica, que, hoje, está em ordem crescente de números atômicos.

• Número de massa (A): os prótons, apesar de terem a mesma carga dos elétrons em módulo, possuem uma massa cerca de 1836 vezes maior que a dos elétrons. Os nêutrons, que também estão no núcleo atômico, porém com carga neutra, possuem massa praticamente igual à dos prótons. Sendo assim, a massa de um átomo, ou melhor, seu número de massa pode ser descrito como:

  A = Z + n

Em que Z é o número atômico e n é o número de nêutrons presentes no núcleo. O elétron não é contabilizado nessa conta, pois entende-se que sua massa é desprezível em comparação aos prótons e nêutrons.

Outro fenômeno importante sobre os prótons são os isótopos. Os isótopos são espécies atômicas diferentes, mas com mesmo número de prótons em sua constituição. Um elemento químico é, na verdade, um conjunto de isótopos, ou seja, o elemento químico hidrogênio é composto por todos os isótopos do hidrogênio (átomos que só possuem um único próton no núcleo).

Os isótopos de um elemento químico podem ser tanto naturais quanto artificiais (produzidos apenas em laboratório), podendo alguns serem estáveis ou radioativos (instáveis).

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Exercícios resolvidos sobre prótons

Questão 1

(PUC-RJ 2014) O antimônio tem dois isótopos, o ¹²¹Sb e o ¹²³Sb. Sobre esses isótopos, verifica-se que:

a) eles têm o mesmo número de nêutrons.

b) eles são isóbaros.

c) eles têm o mesmo número de massa.

d) ambos têm o mesmo número de prótons.

e) eles têm eletronegatividades diferentes.

Resposta:

Letra D. Como a questão deixa claro, as espécies são isótopos, sendo assim, possuem o mesmo número de prótons, o que está descrito na alternativa D.

Questão 2

(UERJ 2014)

Cientistas podem ter encontrado o bóson de Higgs, a “partícula de Deus”

Os cientistas ainda precisam confirmar que a partícula que encontraram se trata, de fato, do bóson de Higgs. Ela ganhou o apelido de “partícula de Deus” por ser considerada crucial para compreender a formação do universo, já que pode explicar como as partículas ganham massa. Sem isso, nenhuma matéria, como as estrelas, os planetas e até os seres humanos, existiria.

Adaptado de globo.com, 04/07/2012.

O bóson de Higgs, apesar de ser uma partícula fundamental da natureza, tem massa da ordem de 126 vezes maior que a do próton, sendo, portanto, mais pesada do que a maioria dos elementos químicos naturais.

O símbolo do elemento químico cuja massa é cerca de metade da massa desse bóson é:

a) Cu

b) I

c) Mo

d) Pb

Resposta:

Letra A. O próton possui uma massa de, aproximadamente, 1 u.m.a. Assim, pode-se entender que o bóson de Higgs possui uma massa de 126 u.m.a aproximadamente. A massa do elemento químico deve ser então de, aproximadamente, 63 u.m.a. Ao se observar a Tabela Periódica, o elemento químico que mais se aproxima dessa massa é o cobre, símbolo Cu, cuja massa é de 63,5 u.