A descoberta dos isótopos propiciou uma nova compreensão acerca da estrutura atômica, explicando diversos fenômenos até então não compreendidos. Por exemplo, moléculas de água que contêm isótopos de oxigênio mais leves tendem a evaporar um pouco mais rápido do que aquelas que contêm isótopos mais pesados. O isótopo de carbono 12 é adotado para determinar a massa atômica de elementos químicos enquanto que o isótopo de carbono 14 é amplamente empregado para datação de espécimes orgânicos. Defina o que são isótopos, isóbaros e isótonos. Identifique o que os diferencia e dê exemplos de cada um deles.

Questão

A descoberta dos isótopos propiciou uma nova compreensão acerca da estrutura atômica, explicando diversos fenômenos até então não compreendidos. Por exemplo, moléculas de água que contêm isótopos de oxigênio mais leves tendem a evaporar um pouco mais rápido do que aquelas que contêm isótopos mais pesados. O isótopo de carbono 12 é adotado para determinar a massa atômica de elementos químicos enquanto que o isótopo de carbono 14 é amplamente empregado para datação de espécimes orgânicos.

Defina o que são isótopos, isóbaros e isótonos. Identifique o que os diferencia e dê exemplos de cada um deles.

Resposta

98%

Isótopos, isóbaros e isótonos são formas de comparar núcleos atômicos a partir de três grandezas:

  • Número atômico ZZ = número de prótons.
  • Número de massa AA = prótons + nêutrons.
  • Número de nêutrons NN = A−ZA - Z.

1) Isótopos

Definição: átomos (nuclídeos) de mesmo elemento químico, isto é, mesmo ZZ, mas com AA diferente (logo, NN diferente).

O que diferencia: a quantidade de nêutrons (e, por consequência, a massa).

Exemplos:

  • 12C^{12}\text{C} e 14C^{14}\text{C}: ambos têm Z=6Z=6 (carbono), mas A=12A=12 e A=14A=14.
  • 16O^{16}\text{O} e 18O^{18}\text{O}: ambos oxigênio (Z=8Z=8), massas diferentes.

2) Isóbaros

Definição: nuclídeos com mesmo número de massa AA, mas número atômico ZZ diferente (portanto são elementos diferentes).

O que diferencia: a quantidade de prótons (e, consequentemente, o elemento químico).

Exemplos:

  • 40Ar^{40}\text{Ar} e 40Ca^{40}\text{Ca}: ambos têm A=40A=40, mas Z=18Z=18 (Ar) e Z=20Z=20 (Ca).
  • 14C^{14}\text{C} e 14N^{14}\text{N}: ambos com A=14A=14, porém Z=6Z=6 e Z=7Z=7.

3) Isótonos

Definição: nuclídeos com mesmo número de nêutrons NN, mas com ZZ diferente (logo, geralmente AA também diferente).

O que diferencia: a quantidade de prótons (são elementos distintos), embora tenham o mesmo total de nêutrons.

Exemplos:

  • 14C^{14}\text{C} e 15N^{15}\text{N}:
    • 14C^{14}\text{C}: Z=6⇒N=14−6=8Z=6 \Rightarrow N = 14-6 = 8
    • 15N^{15}\text{N}: Z=7⇒N=15−7=8Z=7 \Rightarrow N = 15-7 = 8 Portanto, ambos têm N=8N=8.
  • 13C^{13}\text{C} e 14N^{14}\text{N}:
    • 13C^{13}\text{C}: N=13−6=7N=13-6=7
    • 14N^{14}\text{N}: N=14−7=7N=14-7=7

Resumo rápido:

  • Isótopos: mesmo ZZ.
  • Isóbaros: mesmo AA.
  • Isótonos: mesmo NN.

Explicação

  1. Para definir corretamente, usamos as grandezas nucleares: número atômico ZZ (prótons), número de massa AA (prótons + nêutrons) e número de nêutrons N=A−ZN=A-Z.

  2. Isótopos: têm o mesmo ZZ (mesmo elemento) e AA diferente. Como AA muda mantendo ZZ, quem muda é NN (nêutrons). Ex.: 12C^{12}C e 14C^{14}C (ambos Z=6Z=6, mas massas diferentes) ou 16O^{16}O e 18O^{18}O.

  3. Isóbaros: têm o mesmo AA e ZZ diferente (elementos diferentes). Se AA é igual mas ZZ muda, então NN também muda para compensar. Ex.: 40Ar^{40}Ar (Z=18Z=18) e 40Ca^{40}Ca (Z=20Z=20).

  4. Isótonos: têm o mesmo NN e ZZ diferente. Como NN é igual e ZZ muda, o AA geralmente muda também. Ex.: 14C^{14}C tem N=14−6=8N=14-6=8 e 15N^{15}N tem N=15−7=8N=15-7=8, logo são isótonos.

  5. Assim, a diferença fundamental entre eles é qual grandeza se mantém igual: isótopos (igual ZZ), isóbaros (igual AA) e isótonos (igual NN).

Alternativa correta: não se aplica (questão discursiva, sem alternativas).

estrutura-atomicanucleo-atomicoquimica

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