Partículas subatómicas e isótopos

No jogo de tabuleiro «Constrói um átomo» há três tipos de peças: protões, neutrões e eletrões. Indica 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 um berlinde no centro do relvado. Que partículas estariam dentro desse «berlinde»? E que partículas se moveriam pelas bancadas, em redor do núcleo?

Completa a frase com as palavras em falta: «O protão tem carga $\dots$, o eletrão tem carga $\dots$ e o neutrão não tem $\dots$».

O número atómico $Z$ é como o bilhete de identidade de um elemento. Explica o que conta o número $Z$ e indica quanto vale para um átomo que possui $6$ protões.

Quando respiras, chegam aos teus pulmões átomos de oxigénio, que possuem $8$ protões. Se um átomo de oxigénio é neutro, quantos eletrões tem? Explica porquê.

Um átomo neutro de cálcio, o mineral dos ossos, tem $20$ eletrões e um número de massa $A = 40$. Calcula o seu número atómico $Z$ e o número de neutrões do seu núcleo.

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

1. a) Calcula o seu número atómico $Z$ e o seu número de eletrões.
2. b) Com a ajuda desta lista, descobre de que elemento se trata: oxigénio ($Z = 8$), sódio ($Z = 11$), silício ($Z = 14$), fósforo ($Z = 15$) ou cloro ($Z = 17$).
3. c) As cabeças dos fósforos contêm esse elemento. Explica por que razão é o número $Z$, e não o número de neutrões, que determina de que elemento é um átomo.

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

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

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

Calcula 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 $A = 24$. Calcula quantos protões, neutrões e eletrões possui.

O cloro utilizado para desinfetar piscinas tem $Z = 17$ e $A = 35$. Calcula quantos neutrões tem o seu núcleo e quantos eletrões tem um átomo neutro de cloro.

O cheiro a ovos podres deve-se a um gás que contém enxofre. Um átomo neutro de enxofre tem $16$ eletrões e $16$ neutrões. Calcula o seu número atómico $Z$ e o seu número de massa $A$.

Um protão tem quase a mesma massa que um neutrão, e cada um deles tem uma massa cerca de $2000$ vezes maior do que a de um eletrão.

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

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

1. a) Quantos protões e quantos eletrões restam ao átomo?
2. b) Continua a ser potássio? Justifica a resposta pensando no que define um elemento.
3. c) Que carga líquida tem agora o átomo? Explica o resultado comparando as suas cargas positivas e negativas.

Um passatempo de uma revista propõe este desafio: monta, com peças soltas de protões, neutrões e eletrões, 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 precisas?
2. b) Se por engano adicionares um eletrão a mais, o átomo continuaria a ser neutro? Que carga líquida teria? Justifica a resposta.
3. c) E se retirasses um neutrão, o elemento mudaria? Mudaria algo no átomo? Justifica as respostas.

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

O hidrogénio 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.

Calcula quantos neutrões tem cada isótopo e explica 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 se mostra na figura.

1. a) Calcula os neutrões que tem cada isótopo.
2. b) Explica o que partilham os dois átomos e o que faz com que sejam o mesmo elemento.

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

1. a) Completa o número de protões, neutrões e eletrões de cada isótopo, supondo átomos neutros.
2. b) Explica por que razão os dois são o mesmo elemento, embora tenham massas diferentes.

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

1. a) O carbono-14 é um isótopo do carbono: explica o que isso significa, referindo protões e neutrões.
2. b) Todos os seres vivos contêm carbono e, ao morrerem, o seu carbono-14 vai diminuindo aos poucos com os anos. Justifica por que razão isso permite estimar há quanto tempo o animal morreu.

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

1. a) Quantos protões, neutrões e eletrões tem um átomo neutro de lítio?
2. b) O berílio tem $4$ protões e $5$ neutrões: escreve o seu símbolo no mesmo formato.

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

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