Exercícios: Partículas subatómicas e isótopos

No jogo de tabuleiro «Construa um átomo» há três tipos de peças: prótons, nêutrons e elétrons. Indique a carga elétrica de cada uma das três partículas: positiva, negativa ou sem carga.

Se o átomo fosse um estádio de futebol, o núcleo seria uma bolinha de gude no centro do gramado. Que partículas estariam dentro dessa «bolinha de gude»? E que partículas se moveriam pelas arquibancadas, ao redor do núcleo?

Complete a frase com as palavras que faltam: «O próton tem carga $\dots$, o elétron tem carga $\dots$ e o nêutron não tem $\dots$».

O número atômico $Z$ é como o documento de identidade de um elemento. Explique o que conta o número $Z$ e indique quanto vale para um átomo que possui $6$ prótons.

Quando você respira, chegam aos seus pulmões átomos de oxigênio, que possuem $8$ prótons. Se um átomo de oxigênio é neutro, quantos elétrons ele tem? Explique por quê.

O número de massa $A$ conta as partículas «pesadas» do átomo. Um átomo de carbono tem $6$ prótons e $6$ nêutrons, como se mostra na figura.

Quanto vale o seu número de massa $A$? Que partículas do átomo não entram nessa contagem?

O carbono-12 e o carbono-14 são como dois irmãos: pertencem ao mesmo elemento, mas não «pesam» o mesmo. Explique o que os dois átomos têm em comum e em que diferem. Como se chama a relação existente entre eles?

O sal de cozinha contém átomos de sódio, com $11$ prótons e $12$ nêutrons no seu núcleo, como se mostra na figura.

Calcule o número de massa $A$ do sódio.

As faíscas das estrelinhas de Natal brilham com uma luz branca intensa porque queimam magnésio. Um átomo neutro de magnésio tem $Z = 12$ e $A = 24$. Calcule quantos prótons, nêutrons e elétrons ele possui.

O cloro utilizado para desinfetar piscinas tem $Z = 17$ e $A = 35$. Calcule quantos nêutrons tem o seu núcleo e quantos elétrons tem um átomo neutro de cloro.

A folha de alumínio que usamos na cozinha é constituída por átomos com $Z = 13$ e $A = 27$. Calcule o número de prótons, nêutrons e elétrons de um átomo neutro de alumínio.

O ferro das lentilhas ajuda a transportar o oxigênio no sangue. Um átomo neutro de ferro tem $Z = 26$ e $A = 56$. Quantos nêutrons tem no núcleo? E quantos elétrons ao redor dele?

Um átomo neutro de cálcio, o mineral dos ossos, tem $20$ elétrons e um número de massa $A = 40$. Calcule o seu número atômico $Z$ e o número de nêutrons do seu núcleo.

O hidrogênio tem três isótopos conhecidos: o prótio ($A = 1$), o deutério ($A = 2$), presente na chamada «água pesada», e o trítio ($A = 3$). Todos têm $Z = 1$, como se mostra na figura.

Calcule quantos nêutrons cada isótopo tem e explique por que razão os três são o mesmo elemento.

O carbono-12 tem $A = 12$ e o carbono-14 tem $A = 14$; ambos têm $Z = 6$, como mostra a figura.

1. a) Calcule os nêutrons que cada isótopo tem.
2. b) Explique o que os dois átomos compartilham e o que faz com que sejam o mesmo elemento.

O cheiro de ovo podre deve-se a um gás que contém enxofre. Um átomo neutro de enxofre tem $16$ elétrons e $16$ nêutrons. Calcule o seu número atômico $Z$ e o seu número de massa $A$.

Os cientistas estudam o clima do passado analisando o gelo das geleiras, onde surgem o oxigênio-16 ($Z = 8$, $A = 16$) e o oxigênio-18 ($Z = 8$, $A = 18$).

1. a) Complete o número de prótons, nêutrons e elétrons de cada isótopo, supondo átomos neutros.
2. b) Explique por que os dois são o mesmo elemento, embora tenham massas diferentes.

As baterias dos celulares usam lítio. O símbolo dele com os números do átomo é escrito assim: ${}^{7}_{3}\text{Li}$. O número de cima é $A$ e o de baixo é $Z$.

1. a) Quantos prótons, nêutrons e elétrons tem um átomo neutro de lítio?
2. b) O berílio tem $4$ prótons e $5$ nêutrons: escreva o símbolo dele no mesmo formato.

O potássio é um mineral abundante nas bananas. Um átomo neutro de potássio, com $Z = 19$, perde um dos seus elétrons, como mostra a figura.

1. a) Quantos prótons e quantos elétrons restam no átomo?
2. b) Ainda é potássio? Justifique a resposta pensando no que define um elemento.
3. c) Que carga líquida o átomo tem agora? Explique o resultado comparando as cargas positivas e negativas.

Arqueólogos encontram uma presa de mamute e querem saber a idade dela. Para calculá-la, usam o carbono-14 que resta nos vestígios.

1. a) O carbono-14 é um isótopo do carbono: explique o que isso significa, referindo-se a prótons e nêutrons.
2. b) Todos os seres vivos contêm carbono e, ao morrerem, o carbono-14 deles vai diminuindo aos poucos com os anos. Justifique por que isso permite estimar há quanto tempo o animal morreu.

Um átomo neutro tem número de massa $A = 31$ e $16$ nêutrons no núcleo.

1. a) Calcule o seu número atômico $Z$ e o seu número de elétrons.
2. b) Com a ajuda desta lista, descubra de que elemento se trata: oxigênio ($Z = 8$), sódio ($Z = 11$), silício ($Z = 14$), fósforo ($Z = 15$) ou cloro ($Z = 17$).
3. c) As cabeças dos fósforos contêm esse elemento. Explique por que razão é o número $Z$, e não o número de nêutrons, que determina de que elemento é um átomo.

Um próton tem quase a mesma massa que um nêutron, e cada um deles tem uma massa cerca de $2000$ vezes maior do que a de um elétron.

1. a) Um átomo de carbono-12 tem $6$ prótons, $6$ nêutrons e $6$ elétrons: explique por que razão praticamente toda a sua massa está concentrada no núcleo.
2. b) Estime quantas vezes o núcleo desse átomo é mais pesado do que todos os seus elétrons juntos.

Três átomos têm estas partículas: o átomo X tem $6$ prótons e $6$ nêutrons; o átomo Y tem $6$ prótons e $8$ nêutrons; o átomo Z tem $7$ prótons e $7$ nêutrons.

1. a) Quais deles são o mesmo elemento? Por quê?
2. b) Qual par forma um caso de isótopos?
3. c) Calcule o número de massa $A$ de cada um dos três átomos.

Um passatempo de uma revista propõe este desafio: monte, com peças soltas de prótons, nêutrons e elétrons, um átomo neutro de berílio, que tem $Z = 4$ e $A = 9$, como se mostra na figura.

1. a) De quantas peças de cada tipo você precisa?
2. b) Se por engano você adicionasse um elétron a mais, o átomo continuaria sendo neutro? Que carga líquida teria? Justifique a resposta.
3. c) E se você retirasse um nêutron, o elemento mudaria? Mudaria algo no átomo? Justifique as respostas.