Material 1 - Átomos, Isótopos e Mol

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Material 1: Átomos, Isótopos e Mol 
Professor Frank Pereira de Andrade 
Universidade Federal de São João Del Rei 
Campus Centro Oeste Dona Lindu (CCO/UFSJ) 
 
 
ÁTOMOS 
Por agora, os “ÁTOMOS” serão entendidos como partículas constituídas de entidades 
subatômicas, dentre elas, PRÓTONS (Z), NÊUTRONS (n) e ELÉTRONS (e–). Cada uma 
dessas entidades possui uma massa e uma carga característica. Assim... 
 PARTÍCULA MASSA (g) CARGA REPRESENTAÇÃO 
Elétron 9,109383 x 10–28 – 1 e�� ou e– 
Próton 1,672622 x 10–24 + 1 p�� ou p+ 
Nêutron 1,674927 x 10–24 0 n�� ou n0 
 
Uma vez que cada entidade possui uma massa característica, a MASSA (A) de um 
átomo será a soma das massas dos prótons, nêutrons e elétrons. Contudo, observa-se 
que a massa do elétron é significativamente menor que a massa dos prótons e 
nêutrons. Neste sentido, a massa de um átomo pode ser obtida por meio da soma das 
massas dos prótons e nêutrons. Observe que a massa de um elétron contribui sim para 
a massa de um átomo, mas de maneira menos significativa que as outras entidades, 
podendo então ser desprezada. 
Temos então a seguinte relação: 
A = p + n 
O átomo é geralmente representado por: 
XXXXZZZZAAAA onde X = ao símbolo químico, A = massa do átomo, Z = número atômico e A > Z. 
 
EXEMPLO: 
Considere os elementos abaixo e forneça o número de elétrons e o número de 
nêutrons. 
a) Na1123 
 
b) U23892 
 
c) Pb82208 
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d) Ba79138 
 
Um único átomo possui dimensões atômicas e uma massa muito pequena. Assim, sua 
medida é extremamente difícil. Ainda sim, é possível ser medido. 
A massa de partículas atômicas é expressa em UNIDADES DE MASSA ATÔMICA (u ; 
u.m.a. ou Da). Uma “u” corresponde a 
1
12 da massa de um átomo de carbono com Z = 6 
e n = 6, ou seja, 12C. 
A massa de um único átomo de 12C, medido em um equipamento denominado 
ESPECTRÔMETRO DE MASSAS é 1,9926 x 10–23 g. Então, a massa de uma única “u” 
pode ser calculada da seguinte maneira: 
 uuuu���� 1111,,,,9926 9926 9926 9926 ����11110000
----23232323 gggg
12121212 = 1,66 x 10
–24 g ou 1,66 x 10–24 g/u 
EXEMPLOS: 
1) Um átomo de fósforo com 16 nêutrons possui uma massa de 30,9738 u. Qual é a 
massa, em gramas, deste átomo? 
 
2) O níquel com 32 nêutrons possui uma massa de 59,930788 u. Qual é a massa, em 
gramas, deste átomo? 
 
3) Forneça a massa, em gramas, dos seguintes átomos: 
 
a) As7533 b) Cd48112 c) Os19076 
 
ISÓTOPOS 
Considere os seguintes elementos: Cr2452 e Fe2656 . Cada átomo possui um número de 
prótons em seu núcleo. Pode-se entender como a “impressão digital” de cada 
elemento, mesmo que fique omitido. 
Exemplo: 
7Li e 23Na. Quando temos uma representação com apenas um único valor, o mesmo diz 
respeito à massa do elemento. O lítio possui número atômico igual a 3 (Z = 3) e o sódio 
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possui número atômico igual a 11 (Z = 11). Assim, todo o lítio presente na natureza 
possui Z = 3 e todo sódio possui Z = 11. 
Olhando os elementos como se os mesmos fossem únicos em sua natureza, isto parece 
um pouco óbvio. Contudo, os átomos possuem em sua constituição outras partículas 
subatômicas que variam em quantidades, e, consequentemente, em suas 
propriedades, tais como massa, características físico-químicas, reações e outras. 
Considere por exemplo, o 11B e o 10B. 
Ambos são átomos de boro, ou seja, Z = 5. Poderíamos escrever da seguinte maneira: 
B511 e B510 . Observe que a massa não é a mesma. 
Sabemos que A = p + n. Neste caso, p = 5, pois trata-se do elemento boro. Então, a 
quantidade de nêutrons presente em cada átomo é quem fez com que a massa não 
permanecesse constante. Dizemos que as duas espécies de boro são “ISÓTOPOS” e 
que 11B e 10B são “NUCLÍDEOS” (átomo de um isótopo). 
� ISÓTOPOS: átomos que possuem o mesmo número atômico e o número de massas 
diferentes (em função do diferente número de nêutrons presente no núcleo). 
A maioria dos átomos de uma amostra natural de um determinado elemento 
apresenta massa (A) diferente. Ou seja, possuem isótopos. Poucos átomos não 
possuem isótopos, ou seja, possuem a mesma massa, tais como Al, P e F. 
Saber a quantidade de isótopos presentes em uma amostra é muito importante, pois 
as características dos compostos formados são afetadas. 
Considere por exemplo os isótopos de hidrogênio, cujo número atômico é igual a 1 (Z = 
1). 
NUCLÍDEO PARTÍCULAS REPRESENTAÇÃO DENOMINAÇÃO 
1H A = 1 ; p = 1 ; n = 1 – 1 = 0 H11 Prótio 
2H A = 2 ; p = 1 ; n = 2 – 1 = 1 H12 Deutério1 (D) 
3H A = 3 ; p = 1 ; n = 3 – 1 = 2 H13 Trítio (T) 
 1 Também denominado “Hidrogênio Pesado”. 
Sabe-se que a molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo 
de oxigênio. Geralmente, ao adicionar um cubo de gelo em um recipiente de água, 
observa-se que o gelo fica sobrenadando, pois é menos denso que a água. Neste caso, 
a água é H2O(l) e o gelo é H2O(s). Contudo, se o gelo for constituído por dois átomos de 
hidrogênio pesado (D), ou seja, D2O(s), o cubo apresentará uma maior densidade e 
afundará. 
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Observa-se então que a densidade e outras propriedades são afetadas pelo tipo de 
isótopo presente na amostra. 
Considere novamente os nuclídeos 11B e o 10B. Vimos que ambos são átomos de boro, 
ou seja, Z = 5, que poderiam ser escritos da seguinte maneira: B511 e B510 . Na natureza, 
19,91% de todo o boro é 10B, cuja massa atômica é de 10,0129 u e os demais 80,09% é 
de 11B, cuja massa atômica é de 11,0093 u. Qual é a massa de um átomo de boro? 
Primeiramente, observa-se que os isótopos não estão igualmente distribuídos. Cada 
um possui uma determinada quantidade em percentagem, que denominamos 
“ABUNDÂNCIA ISOTÓPICA”. Uma vez que cada isótopo contribui de maneira 
diferenciada para a massa média de um átomo, devemos fazer uma média ponderada 
das massas, considerando a contribuição de cada isótopo. 
Cabe ressaltar que a massa de um átomo é denominada “MASSA ATÔMICA” (MA). A 
“MA” é, então, calculada da seguinte maneira: 
 
MA = ''''abundânciaIsótopo 1 × MAIsótopo 1(((( + ''''abundânciaIsótopo 2 × MAIsótopo 2(((( + …
100
 
Antes de aplicar a fórmula para calcular a massa atômica do boro, observe que a maior 
parte refere-se ao 11B. Neste sentido, a massa atômica do boro deve ser um valor mais 
próximo de 11 que de 10. Agora, aplicando a fórmula, temos: 
)*+ �
,-., .-% � -0, 0-1. 23 4 ,50, 0.% � --, 00.6 23 
-00 �
-05-, 0. 2
-00
� -0, 5-0. 2 
EXEMPLOS: 
1) O cloro possui dois isótopos: um com MA = 35 u e abundância isotópica de 75,8% e 
outro com MA = 37 u e abundância isotópica de 24,2%. Determine a massa atômica 
do átomo de cloro. 
 
2) A prata (Z = 46) possui dois isótopos: um com 69 nêutrons e abundância isotópica 
de 51,839% e outro com 62 nêutrons. Determine a massa atômica, em gramas do 
átomo de prata. 
 
3) O ferro (Z = 26) possui três isótopos: um com MA = 54 u e abundância isotópica de 
5,9%; outro com MA = 56 u e abundância isotópica de 91,7% e outro com MA = 57 
e abundância isotópica de 2,1%. Determine a massa atômica, em gramas do átomo 
de ferro. 
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QUANTIDADE DE MATÉRIA (MOL) - n 
A “QUANTIDADE DE MATÉRIA”, também chamada de “NÚMERO DE MOLS”, é uma 
quantidade equivalente ao número de átomos presentes em 12,0 g de 12C. Esta 
quantidade de átomos é 6,02 x 1023 átomos, e é denominada“CONSTANTE DE 
AVOGADRO” (NA). 
Dizemos assim que 6,02 x 1023 átomos de sódio equivale a 1 mol de átomos de sódio. 
Dizemos ainda que, se apenas um átomo possui uma massa, que é extremamente 
pequena, podemos dizer que 1 mol de átomos também possui uma massa. Esta massa 
é denominada “MASSA MOLAR” (MM). 
� MASSA MOLAR (MM): É a massa de um mol de átomos, compostos ou qualquer 
entidade. A massa molar é comumente expressada em g/mol (gramas por mol). 
Verifica-se nas tabelas periódicas que as massas podem ser atômicas ou molares. 
Quando considera apenas um único átomo, a massa é referente à massa atômica. 
Contudo, ao considerar um mol de átomos, a massa é referente à massa molar. 
Considere por exemplo o átomo de cálcio, cuja massa na tabela é 40,1. Este valor quer 
dizer 40,1 u ou 40,1 g? 
Quando se trata de apenas um único átomo, têm-se que a massa é 40,1 u. Contudo, ao 
considerar um mol de átomos de Ca, ou seja, 6,02 x 1023, a massa é 40,1 g. 
PROVANDO... 
1 átomo de cálcio 
 pesa pesa pesa pesa 788889 40,1 u 
6,02 x 1023 átomos de cálcio 
 pesa pesa pesa pesa 7888888889 x 
X X X X � � � � 6666,,,,02 02 02 02 x x x x 11110000
23232323 átomos de cálcio � átomos de cálcio � átomos de cálcio � átomos de cálcio � 40404040,,,,1 1 1 1 uuuu
1 1 1 1 átomo de cálcioátomo de cálcioátomo de cálcioátomo de cálcio � � � � 2222,,,,41 41 41 41 � � � � 11110000
25252525 u u u u 
 
1 u 
 pesa pesa pesa pesa 788889 1,66 x 10–24 g 
2,41 x 1025 u 
 pesa pesa pesa pesa 7888888889 x 
X X X X � � � � 2222,,,,41 41 41 41 x x x x 11110000
25252525 u � u � u � u � 1111,,,,66 66 66 66 x x x x 11110000----25252525 gggg
1 1 1 1 uuuu � � � � 40404040,,,,1 1 1 1 gggg 
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RELAÇÕES IMPORTANTES: 
Massa Molar (MM) = massa de um mol de entidade = 6,02 x 1023 entidades. 
EXEMPLOS: 
1) (Adaptado de Átkins). Calcule a quantidade de matéria e o número de átomos de F 
presentes em 22,5 g de flúor. MMF = 19 g/mol. 
 
2) Calcule a quantidade de matéria e o número de átomos de Al presentes em 270 
mg de alumínio. MMAl = 27. 
 
3) Qual é a quantidade de matéria e o número de átomos de enxofre, presentes em 
0,454 kg do elemento? MMS = 32. 
 
4) Uma proveta contém 32 cm3 de Hg (densidade = 13,534 g/cm3). Qual é a 
quantidade de matéria na proveta? MMHg = 200,6. 
 
5) Sabe-se que uma amostra de vitamina C possui, entre outros átomos, 1,29 x 1024 
átomos de hidrogênio. Qual é a quantidade de matéria de átomos de hidrogênio 
nessa amostra? Qual é a massa, em gramas e em “u” de átomos de hidrogênio 
nessa amostra? 
Outros exercícios 
1) (Adaptado de Brow: Química: a ciência central). Complete a tabela abaixo, 
admitindo que cada coluna representa um átomo neutro. 
 
Símbolo 52Cr 
Prótons 33 77 
Nêutrons 42 20 
Elétrons 20 86 
Nº de massa 222 193 
 
2) (Adaptado de Brow: Química: a ciência central). Complete a tabela abaixo 
 
Símbolo 102Ru3+ Ce 
Prótons 34 76 
Nêutrons 46 116 74 82 
Elétrons 36 54 
Carga Líquida 2+ 1– 3+