Estrutura Atômica: 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.

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

• Número atômico $Z$ = número de prótons.
• Número de massa $A$ = prótons + nêutrons.
• Número de nêutrons $N$ = $A - Z$.

1) Isótopos

Definição: átomos (nuclídeos) de mesmo elemento químico, isto é, mesmo $Z$, mas com $A$ diferente (logo, $N$ diferente).

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

Exemplos:

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

2) Isóbaros

Definição: nuclídeos com mesmo número de massa $A$, mas número atômico $Z$ diferente (portanto são elementos diferentes).

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

Exemplos:

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

3) Isótonos

Definição: nuclídeos com mesmo número de nêutrons $N$, mas com $Z$ diferente (logo, geralmente $A$ também diferente).

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

Exemplos:

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

Resumo rápido:

• Isótopos: mesmo $Z$.
• Isóbaros: mesmo $A$.
• Isótonos: mesmo $N$.