Exercícios: O modelo quântico e as partículas subatómicas

O número quântico principal $n$ identifica os níveis de energia do átomo.

1. a) Que valores $n$ pode assumir?
2. b) O que acontece com a energia do nível e com o tamanho médio da nuvem eletrônica quando $n$ aumenta?

Indique a carga elétrica (positiva, negativa ou nula) e a localização no átomo (núcleo ou nuvem eletrônica) do próton, do nêutron e do elétron. Quais das três partículas têm massa praticamente igual? Qual é cerca de $2000$ vezes mais leve do que as outras duas?

As usinas nucleares utilizam como combustível o urânio-235, enquanto o urânio mais abundante na natureza é o urânio-238; ambos têm número atômico $Z = 92$. A figura representa os dois núcleos.

1. a) Explique o que são isótopos de um elemento.
2. b) Calcule quantos nêutrons há no núcleo de cada um destes dois isótopos do urânio.

O iodo é um oligoelemento essencial que se adiciona ao sal de cozinha; o seu isótopo mais comum possui $Z = 53$ e $A = 127$.

1. a) Calcule o número de prótons, nêutrons e elétrons de um átomo neutro de iodo.
2. b) Escreva o seu símbolo na notação ${}^{A}_{Z}\text{X}$.

O esmalte dentário contém cálcio e muitas pastas de dente contêm flúor.

1. a) O átomo de cálcio ($Z = 20$) forma o íon $\text{Ca}^{2+}$: quantos elétrons tem esse íon?
2. b) O átomo de flúor ($Z = 9$) forma o íon $\text{F}^{-}$: quantos elétrons tem esse íon?
3. c) Explique, considerando as respectivas configurações eletrônicas, por que os átomos tendem a ganhar ou a perder elétrons até completarem o seu último nível.

Em radioterapia contra o câncer utiliza-se o cobalto-60, uma fonte radioativa com $Z = 27$.

1. a) Escreva o símbolo do cobalto-60 com a notação ${}^{A}_{Z}\text{X}$.
2. b) Calcule o número de prótons, nêutrons e elétrons, considerando o átomo neutro.
3. c) Que diferença existe entre o cobalto-60 e o cobalto-59, o isótopo estável do mesmo elemento?

O cloro natural é uma mistura de dois isótopos: $75\ \%$ de cloro-35 e $25\ \%$ de cloro-37.

1. a) Calcule a massa atômica média do cloro como média ponderada das massas dos seus isótopos.
2. b) A tabela periódica indica para o cloro uma massa de $35,5\ \text{u}$: explique por que esse valor não é um número inteiro se cada átomo de cloro tem um número inteiro de partículas no seu núcleo.

O nível $n = 1$ tem um único subnível s; o nível $n = 2$ tem um subnível s e um subnível p.

1. a) Quantos elétrons cabem, no máximo, no nível $n = 1$? E no nível $n = 2$?
2. b) O primeiro período da tabela periódica tem $2$ elementos e o segundo, $8$: relacione esses números com os resultados do item anterior.

A massa atômica média do boro é $10,8\ \text{u}$ e seus dois isótopos naturais são o boro-10 e o boro-11.

1. a) Designe por $x$ a fração de boro-10 e escreva a equação que a média ponderada cumpre: $10\cdot x + 11\cdot(1 - x) = 10,8$.
2. b) Resolva-a e expresse as abundâncias de cada isótopo em porcentagem.
3. c) Verifique o resultado calculando novamente a massa média com essas abundâncias.

O magnésio natural tem três isótopos: magnésio-24 ($78,7\ \%$), magnésio-25 ($10,1\ \%$) e magnésio-26 ($11,2\ \%$).

1. a) Calcule a massa atômica média do magnésio como média ponderada.
2. b) Explique por que o resultado está muito mais próximo de $24$ do que de $26$.
3. c) A massa média de um elemento poderia coincidir exatamente com um número inteiro? Justifique em que caso isso ocorreria.

Considere estas três espécies: $\text{F}^{-}$ ($Z = 9$), $\text{Ne}$ ($Z = 10$) e $\text{Na}^{+}$ ($Z = 11$).

1. a) Calcule o número de elétrons de cada uma.
2. b) São o mesmo elemento? São isótopos entre si? Justifique ambas as respostas.
3. c) Escreva a configuração eletrônica comum das três espécies na ordem $1s$, $2s$, $2p$ e explique por que razão se diz que são isoeletrônicas.

Calcule os prótons, nêutrons e elétrons de cada uma destas espécies e responda depois:

1. a) ${}^{40}_{20}\text{Ca}^{2+}$
2. b) ${}^{37}_{17}\text{Cl}^{-}$
3. c) ${}^{35}_{17}\text{Cl}$

1. d) Quais delas são isótopos entre si? Por quê?
2. e) Quais têm o mesmo número de elétrons?

O cobre dos cabos elétricos é uma mistura de dois isótopos, cobre-63 e cobre-65, com massa média $63,5\ \text{u}$.

1. a) Sem fazer cálculos, justifique qual dos dois isótopos é mais abundante.
2. b) Escreva a equação da média ponderada e calcule as abundâncias percentuais de ambos os isótopos.
3. c) Em medicina nuclear, utiliza-se às vezes o cobre-64, produzido artificialmente. Ele continua sendo cobre? Explique o que determina que um átomo seja de cobre e não de outro elemento.