Biologia para Majors I

Para entender como os elementos se juntam, devemos primeiro discutir o menor componente ou bloco de construção de um elemento, o átomo. Um átomo é a menor unidade de matéria que retém todas as propriedades químicas de um elemento. Por exemplo, um átomo de ouro tem todas as propriedades do ouro, por ser um metal sólido à temperatura ambiente. Uma moeda de ouro é simplesmente um número muito grande de átomos de ouro moldados na forma de uma moeda e contendo pequenas quantidades de outros elementos conhecidos como impurezas. Os átomos de ouro não podem ser decompostos em nada menor, mantendo as propriedades do ouro.

Um átomo é composto de duas regiões: o núcleo, que está no centro do átomo e contém prótons e nêutrons, e a região mais externa do átomo, que mantém seus elétrons em órbita ao redor do núcleo, como ilustrado na Figura 1. Os átomos contêm prótons, elétrons e nêutrons, entre outras partículas subatômicas. A única exceção é o hidrogênio (H), que é feito de um próton e um elétron sem nêutrons.

Figure 1. Elementos, como o hélio, aqui representados, são compostos por átomos. Os átomos são compostos de prótons e nêutrons localizados dentro do núcleo, com elétrons em orbitais ao redor do núcleo.

Protões e nêutrons têm aproximadamente a mesma massa, cerca de 1,67 × 10-24 gramas. Os cientistas definem arbitrariamente esta quantidade de massa como uma unidade de massa atômica (amu) ou um Dalton, como mostrado na Tabela 1. Embora semelhantes em massa, os prótons e os nêutrons diferem em sua carga elétrica. Um próton é carregado positivamente enquanto um nêutron é descarregado. Portanto, o número de nêutrons em um átomo contribui significativamente para sua massa, mas não para sua carga. Os elétrons são muito menores em massa do que os prótons, pesando apenas 9,11 × 10-28 gramas, ou cerca de 1/1800 de uma unidade de massa atômica. Portanto, eles não contribuem muito para a massa atômica geral de um elemento. Portanto, ao considerar a massa atômica, é costume ignorar a massa de quaisquer elétrons e calcular a massa do átomo com base apenas no número de prótons e nêutrons. Embora não contribuam significativamente para a massa, os elétrons contribuem muito para a carga do átomo, já que cada elétron tem uma carga negativa igual à carga positiva de um próton. Nos átomos neutros não carregados, o número de elétrons orbitando o núcleo é igual ao número de prótons dentro do núcleo. Nestes átomos, as cargas positivas e negativas se anulam mutuamente, levando a um átomo sem carga líquida.

Contabilidade para os tamanhos de prótons, nêutrons e elétrons, a maior parte do volume de um átomo-mais que 99 por cento-é, de fato, espaço vazio. Com todo esse espaço vazio, pode-se perguntar por que os chamados objetos sólidos não passam uns pelos outros. A razão pela qual eles não passam é que os elétrons que circundam todos os átomos são carregados negativamente e as cargas negativas se repelem.

Número e massa atómica

Atomos de cada elemento contêm um número característico de prótons e electrões. O número de prótons determina o número atômico de um elemento e é usado para distinguir um elemento de outro. O número de nêutrons é variável, resultando em isótopos, que são diferentes formas do mesmo átomo que variam apenas no número de nêutrons que possuem. Juntos, o número de prótons e o número de nêutrons determinam o número de massa de um elemento, como ilustrado na Figura 2. Note que a pequena contribuição de massa dos elétrons é desconsiderada no cálculo do número de massa. Esta aproximação de massa pode ser usada para calcular facilmente quantos nêutrons um elemento possui, simplesmente subtraindo o número de prótons do número de massa. Como os isótopos de um elemento terão números de massa ligeiramente diferentes, os cientistas também determinam a massa atómica, que é a média calculada do número de massa para os seus isótopos naturais. Muitas vezes, o número resultante contém uma fração. Por exemplo, a massa atômica do cloro (Cl) é 35,45 porque o cloro é composto de vários isótopos, alguns (a maioria) com massa atômica 35 (17 prótons e 18 nêutrons) e outros com massa atômica 37 (17 prótons e 20 nêutrons).

Practice Question

Carbon tem um número atômico de seis, e dois isótopos estáveis com números de massa de doze e treze, respectivamente. Sua massa atômica é 12,11,

Figure 2. Carbon-12 e carbon-13

Quantos neutrões tem o carbon-12 e o carbon-13, respectivamente?

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Carbon-12 tem seis neutrões. Carbono-13 tem sete neutrões.