Antigamente, acreditava-se que o átomo era uma parte indivisível da matéria. Com os estudos feitos por Thomson, Rutherford, Bohr e outros químicos, foi possível entender que existem subestruturas, que são chamadas de partículas subatômicas.
Elas são menores que ele, estão dispostas em sua estrutura e a obtenção desse conhecimento foi essencial para o entendimento das reações químicas, ionizações e as ligações entre diferentes elementos.
Se você quer saber mais e ver como esse assunto aparece nos vestibulares, acompanhe o artigo a seguir, que explica as principais características das partículas subatômicas com exemplos retirados de provas. Confira!
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Partículas subatômicas e a estrutura do átomo
O átomo é considerado a menor unidade estrutural da matéria. Para estudá-lo, existe um ramo da química chamado de atomística. Embora diversos modelos atômicos foram propostos ao longo do tempo, as pesquisas permitiram consagrar um modelo mais aceito.
A nível do estudo pré-vestibular, deve-se considerar que o átomo possui:
- um núcleo denso, composto por partículas atômicas positivas e neutras; e
- uma eletrosfera, que é uma região mais vazia, onde os elétrons têm maior liberdade para orbitar o núcleo.
Partícula subatômica: próton (p)
O próton (p), como referido anteriormente, se encontra no núcleo do átomo. Essa partícula subatômica é responsável pela diferenciação entre os elementos químicos. Por analogia, podemos dizer que o número de prótons (Z) é o registro de identificação (RG) das substâncias.
Isso acontece porque, geralmente, nas reações químicas o Z não varia. De forma que o arranjo de substâncias acontece nas eletrosferas, com trânsito ou troca de elétrons entre dois ou mais átomos.
Os elementos químicos que possuem número atômico Z igual mas massa diferentes, são chamados de isótopos. Isso significa que são do mesmo elemento mas apresentam número de nêutrons e massas diferentes. Como exemplo temos o hidrogênio 1H1, o deutério 1H2 e o trítio 1H3.
Em termos de carga, o próton é considerado uma partícula subatômica positiva, com carga de + 1,6.10-19 coulombs (C). No que diz respeito à massa, eles possuem uma significância importante para o peso do átomo — os químicos consideram que um próton tem o equivalente a uma unidade de massa.
O físico responsável por notar a existência do próton foi o alemão Eugen Goldstein. Enquanto que Ernest Rutherford percebeu a localização nuclear dessa partícula subatômica, contribuindo para a evolução do modelo atômico.
Partícula subatômica: elétron (e–)
O elétron é a principal partícula subatômica envolvida nas ligações químicas. A massa eletrônica é muito pequena quando comparada com as outras partículas subatômicas — possui 1/1836 da unidade de massa de um próton.
Sua carga elétrica é negativa e sua quantidade em coulombs (C) é de – 1,6 . 10-19. Veja que o valor absoluto é equivalente ao dos prótons, mas ambos se diferem pelo sinal que carregam.
No processo de conhecimento dos átomos, o primeiro estudioso a perceber que o havia uma porção positiva e outra negativa foi Joseph John Thomson, em 1897. Ele chegou a essa conclusão após observar um experimento com descargas elétricas, que deu origem ao modelo atômico conhecido como pudim de passas.
Por essa razão, Thomson é considerado o pai do elétron. Posteriormente, foi descoberto que ele é uma partícula subatômica elementar, isto é, não é composto por outras subestruturas.
No átomo, os elétrons estão dispostos na eletrosfera: região periférica em que eles orbitam ao redor do núcleo. A partir desse ponto, conseguem interagir com outros elementos e estabelecer ligações químicas.
Inclusive, os átomos que apresentam o mesmo número de elétrons são conhecidos como isoeletrônicos. Isso pode acontecer quando eles são do mesmo elemento ou quando espécies perdem/ganham elétrons, alterando sua configuração.
Por exemplo, se o cálcio que tem 20 elétrons perder dois deles, termina a reação com 18 e– (íon Ca+2) tal qual o elemento Argônio (Ar). Isso faz com que o Ca2+ e o Ar sejam átomos isoeletrônicos.
A compreensão do comportamento eletrônico foi importante para o surgimento da eletricidade, uma das principais formas de obtenção de energia para o mundo atual. Além disso, os elétrons também estão envolvidos na característica térmica dos materiais.
Você sabia que até mesmo o corpo humano utiliza elétrons para transmitir as informações neuronais? Sim, por meio dos gradientes de concentração, a membrana celular admite uma característica elétrica e as alterações químicas favorecem sua despolarização, de forma que o impulso nervoso se propaga pelo corpo.
Partícula subatômica: nêutron (n)
Outra importante partícula subatômica é o nêutron. Como o nome supõe, ele possui uma carga elétrica neutra. No átomo, ele se localiza no núcleo denso, junto aos prótons.
Em termos de massa, os nêutrons apresentam valores semelhantes ao dos prótons, com o valor de uma unidade. A principal função desse componente atômico está na estabilização nuclear do átomo, a partir da criação de forças de atração.
Isso porque, os prótons possuem cargas iguais e se repelem, e os nêutrons trabalham garantindo o equilíbrio coeso entre as partículas nucleares. Quando essa coesão é quebrada, atinge-se a área radioativa.
Na radioatividade, o nêutron é uma das principais partículas. A fissão nuclear, por exemplo, acontece quando um elemento é bombardeado com nêutrons — processo que libera novos núcleos radioativos e nêutrons, o que permite a continuidade da reação.
O estudioso responsável pela descoberta dessa partícula subatômica foi James Chadwick, no ano de 1932. Ainda assim, relatos históricos apontam que Ernest Rutherford percebeu que a massa atômica não se justificava apenas com a massa dos prótons — imaginou que haveria outros componentes na estrutura do átomo.
Cálculo das partículas subatômicas
Existe uma fórmula matemática que relaciona o número de prótons, o valor da massa e o número de nêutrons em um elemento químico — de forma que essas quantidades podem ser encontradas facilmente. Veja:
A = p + n
- A representa o número de massa;
- p é o número de prótons no elemento; e
- n é o número de nêutrons no átomo.
No tópico abaixo você confere um exercício de vestibular que utiliza essa fórmula.
Questões de vestibulares sobre partículas subatômicas
Vestibular da Universidade Estadual Paulista
O elemento químico B possui 20 nêutrons, é isótopo do elemento químico A, que possui 18 prótons, e isóbaro do elemento químico C, que tem 16 nêutrons. Com base nessas informações, pode-se afirmar que os elementos A, B e C apresentam, respectivamente, números atômicos iguais a:
a) 16, 16 e 20.
b) 16, 18 e 20.
c) 16, 20 e 21.
d) 18, 16 e 22.
e) 18, 18 e 22.
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