É dado o íon ca2+. quantos elétrons prótons e nêutrons apresentam respectivamente esse íon

átomo é formado por partículas subatômicas denominadas prótonselétrons e nêutrons. Os nêutrons não possuem carga elétrica, enquanto que os prótons possuem carga positiva e os elétrons, negativa. A carga elétrica de um átomo isolado é neutra, pois a quantidade de prótons é igual à quantidade de elétrons.

Os átomos possuem a capacidade de ganhar ou perder elétrons, dependendo de sua localização na tabela periódica. Segundo a Regra do Octeto, os átomos tendem a estabilizar com oito elétrons na sua camada de valência. Assim, os átomos das famílias IA, IIA e IIIA apresentam maior facilidade em perder elétrons e transformam-se em íons denominados cátions. Já os átomos das famílias VA, VIA e VIIA possuem maior facilidade em ganhar elétrons transformando-se em íons denominados ânions.

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Quando um elemento perde elétrons em uma ligação química, a quantidade de prótons excede a quantidade de elétrons e ele se transforma em um sistema eletricamente positivo, ou seja, um cátion. Já quando o elemento ganha elétrons, a quantidade de elétrons excede a quantidade de prótons e ele se transforma em um sistema eletricamente negativo, ou seja, um ânion.

Para calcular a carga elétrica de um átomo, basta somar o número de prótons (p), que são positivos, com o número de elétrons (e-), que são negativos. Deve-se levar em consideração as cargas positivas e negativas para realizar a conta. Matematicamente, teríamos:

Carga elétrica total = p – e-

O sinal negativo vem da carga dos elétrons.

Observe abaixo alguns exemplos de cátions:

  • Um átomo de sódio (11Na23) eletricamente neutro possui 11 prótons, 11 elétrons e 12 nêutrons (n = A – Z = 23 – 11 = 12). A carga elétrica desse átomo é +11 – 11 = 0. Ao perder 1 elétron de sua camada de valência ele transforma-se em um cátion sódio (Na+), passando a possuir 11 prótons, 10 elétrons e 12 nêutrons. A carga elétrica desse íon passa então a ser +11 – 10 = +1

É dado o íon ca2+. quantos elétrons prótons e nêutrons apresentam respectivamente esse íon

Átomo de sódio se transformando em um Cátion sódio.

  • Um átomo de cálcio (20Ca40) eletricamente neutro possui 20 prótons, 20 elétrons e 20 nêutrons (n = A – Z = 40 – 20 = 20). A carga elétrica desse átomo é +20 – 20 = 0. Ao perder 2 elétrons de sua camada de valência ele transforma-se em um cátion cálcio (Ca2+), passando a possuir 20 prótons, 18 elétrons e 20 nêutrons. A carga elétrica desse íon passa então a ser +20 – 18 = +2.
  • É dado o íon ca2+. quantos elétrons prótons e nêutrons apresentam respectivamente esse íon
    Átomo de cálcio se transformando em um Cátion cálcio.
  • Um átomo de alumínio (13Al27) eletricamente neutro possui 13 prótons, 13 elétrons e 14 nêutrons (n = A – Z = 27 – 13 = 14). A carga elétrica desse átomo é +13 – 13 = 0. Ao perder 3 elétrons de sua camada de valência ele transforma-se em um cátion cálcio (Al3+), passando a possuir 13 prótons, 10 elétrons e 14 nêutrons. A carga elétrica desse íon passa então a ser +13 – 10 = +3.

É dado o íon ca2+. quantos elétrons prótons e nêutrons apresentam respectivamente esse íon

Átomo de alumínio se transformando em um Cátion alumínio

Podemos ver pelas imagens que todos os cátions possuem raios atômicos menores que seus respectivos átomos. Isso porque perderam seus elétrons de valência, logo a quantidade de prótons tornou-se maior e o núcleo passou a exercer uma força de atração mais forte sobre os elétrons remanescentes, aproximando-os ao núcleo e diminuindo o raio atômico.

  • O íon que apresentar valência +1 é chamado de cátion monovalente ou íon monovalente positivo.
  • O íon que apresentar valência +2 é chamado de cátion bivalente ou íon bivalente positivo.
  • O íon que apresentar valência +3 é chamado de cátion trivalente ou íon trivalente positivo.

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A atomística é a área da Química responsável pelo estudo do átomo, como o histórico dos modelos representacionais do átomo, suas características, representações e notações e os tipos de semelhança entre os átomos.

O que é átomo?

O átomo é a menor unidade que compõe a matéria, ou seja, é a unidade básica de todas as substâncias existentes. A palavra átomo é derivada do grego e significa “sem partes” ou “indivisível”, pois essa foi a primeira ideia que se teve a respeito da estrutura do átomo e da composição da matéria. Apesar do nome ser utilizado até hoje, sabe-se que o átomo é composto por partículas subatômicas, que o caracterizam como uma estrutura divisível.

Leia também: Evolução dos Modelos Atômicos

Características do átomo

- Número atômico (Z)

O número atômico indica a quantidade de prótons que o átomo possui em seu núcleo, e é o dado utilizado para diferenciar os átomos entre si, uma vez que cada átomo possui uma quantidade de prótons diferente, ou seja, possui números atômicos diferentes. Caso tenha curiosidade sobre o tema, leia nosso texto: Número atômico e número de massa dos átomos.            

- Número de massa (A)

O número de massa de um átomo pode ser calculado com base na soma da quantidade de prótons e nêutrons presentes no seu núcleo. A massa dos elétrons é desprezível em relação à massa dos prótons e nêutrons, por isso podemos afirmar que a massa do átomo está concentrada no núcleo. Podemos utilizar a seguinte fórmula para o cálculo do número de massa:

A = Z + n      ou      A = p + n

- Elemento químico

Elemento químico é o conjunto de átomos com o mesmo número atômico, e cada elemento químico é representado por um símbolo composto por uma ou duas letras, sendo que a primeira letra, ou no caso de ser apenas uma, deve sempre ser maiúscula. Por exemplo: Na — símbolo do elemento sódio; Mg — símbolo do elemento magnésio; C — símbolo do elemento carbono etc. Caso queira saber mais sobre o assunto, leia nosso texto: Elementos químicos.

- Representação do átomo

Na Tabela Periódica dos elementos químicos, estão representados todos os átomos já encontrados, naturais ou sintéticos, em ordem crescente de número atômico, que vai do 1 até o 118. Como regra, deve conter na representação o símbolo do elemento, o número atômico e o número de massa. Veja um exemplo:

Algumas Tabelas Periódicas trazem informações complementares dos elementos químicos, como: estado físico, número de oxidação, distribuição eletrônica, densidade etc.

Veja também: Distribuição eletrônica e a Tabela Periódica

- Íons

Os átomos nos seus estados fundamentais, como são encontrados na Tabela Periódica, são neutros, isto é, possuem a mesma quantidade de prótons e elétrons em sua estrutura.

No entanto, para a maioria dos átomos, essa igualdade não é possível, uma vez que eles precisam perder ou ganhar elétrons, a fim de tornarem-se estáveis em um estado de energia mais baixo. Quando isso ocorre, dizemos que os átomos tornaram-se íons.

Quando o átomo perde elétrons, ele passa a ter excesso de prótons, ao que damos o nome de cátion. Quando o átomo ganha elétrons, ele se torna negativamente carregado, ou seja, tem mais elétrons do que prótons. Esse íon negativo, com excesso de elétrons, é chamado de ânion.

Esses íons são representados pelas cargas colocadas junto aos seus respectivos símbolos. Vejamos os exemplos:

  • Ca 2+ — quando o átomo de cálcio perde dois elétrons, ele se torna um cátion bivalente, representado pela carga 2+.
  • Br - — quando o átomo de bromo ganha um elétron, ele se torna um ânion monovalente, representado pela carga –.

Acesse também: Descarga de cátions e ânions

Estrutura do átomo

O modelo atômico atual divide o átomo em duas regiões: o núcleo e a eletrosfera. No núcleo está concentrada a maior parte da massa do átomo e é onde encontramos os prótons, partículas positivas, e os nêutrons, partículas sem carga. Na eletrosfera, encontramos os elétrons orbitando em camadas energéticas ao redor do núcleo.

Semelhança de átomos

Ao analisar dois átomos diferentes, podemos encontrar semelhanças entre a quantidade de suas partículas subatômicas (prótons, elétrons e nêutrons) ou ainda entre seus números de massas. Segue análise de cada um dos tipos de semelhanças atômicas:

  • Isótopos: são átomos que possuem a mesma quantidade de prótons, ou seja, o mesmo número atômico (Z), mas diferem quanto ao número de massa. Por exemplo:  C-12, C-13 e C-14 são isótopos do carbono. Todos eles possuem número atômico igual a 6, porém suas massas são 12, 13 e 14, respectivamente.
  • Isótonos: são átomos que possuem a mesma quantidade de nêutrons no núcleo e diferem quanto ao número de prótons e massa. Exemplo: 26 Mg 12 e 28 Si 14. Se calcularmos a quantidade de nêutrons de cada átomo usando a fórmula A = Z + n, encontraremos 14 desses para ambos.
  • Isóbaros: são átomos que, apesar de possuírem número atômico e quantidade de nêutrons diferentes, possuem a mesma massa. Exemplo: 40 Ca 20 e 40 Ar 18.
  • Isoeletrônicos: são espécies químicas (átomos ou íons) que possuem a mesma quantidade de elétrons. Exemplo: 26 Mg2+12  e  20 Ne 10.  Ambos possuem 10 elétrons em sua eletrosfera.

Exercícios resolvidos

Questão 01 (Udesc-SC) Após a realização de uma série de experimentos, foi detectado um íon Q2–, que possui carga 2–, possuindo assim número de elétrons igual a um gás nobre. O gás nobre em questão possui número atômico 18 e número de massa 40.

Assinale a alternativa que contém, sequencialmente, o elemento Q e seu número atômico.

a) O elemento Q é o argônio e possui número atômico 18.

b) O elemento Q é o oxigênio e possui número atômico 8.

c)  O elemento Q é o cloro e possui número atômico 17.

d) O elemento Q é o enxofre e possui número atômico 16.

e) O elemento Q é o enxofre e possui número atômico 18.

Veja também: Distribuição eletrônica e a Tabela Periódica

Resolução

Letra d. No enunciado é falado que o elemento Q contém o mesmo número de elétrons de um gás nobre que possui 18 prótons e, por estar no estado fundamental, também possui 18 elétrons. Portanto, o elemento Q também possui 18 elétrons. Também é falado que o elemento possui carga 2–, ou seja, possui 2 elétrons a mais do que a quantidade de prótons. Portanto o elemento Q possui 16 prótons, que é o número atômico do elemento enxofre.

Questão 02  (Famerp-SP) O íon

É dado o íon ca2+. quantos elétrons prótons e nêutrons apresentam respectivamente esse íon
 e o átomo
É dado o íon ca2+. quantos elétrons prótons e nêutrons apresentam respectivamente esse íon
 apresentam o mesmo número

a) de massa e de elétrons.

b) atômico e de elétrons.

c)  de massa e de nêutrons.

d) atômico e de massa.

e) atômico e de nêutrons.

Resolução

Letra a. Observando a representação do íon e dos átomos, percebemos, primeiramente, que ambos possuem número de massa igual a 40. O número de prótons do Ca2+ é 20 e do Ar é 18, portanto o número atômico é diferente.

Calculando o número de nêutrons, temos 20 e 22, respectivamente. Entretanto, ao calcular a quantidade de elétrons do Ca2+, encontramos 18 elétrons (a carga 2+ indica que o íon possui 2 prótons a mais do que a quantidade de elétrons), igual ao número de elétrons do Ar que se encontra em seu estado fundamental. Desse modo, o número de prótons é igual ao número de elétrons.

Questão 03 (Uerj) O desastre de Chernobyl ainda custa caro para a Ucrânia. A radiação na região pode demorar mais de 24.000 anos para chegar a níveis seguros.                                              

Adaptado de Revista Superinteressante, 12/08/2016.

Após 30 anos do acidente em Chernobyl, o principal contaminante radioativo presente na região é o césio-137, que se decompõe formando o bário-137.

Esses átomos, ao serem comparados entre si, são denominados:

a) isótopos

b) isótonos

c)  isóbaros

d) isoeletrônicos

Resolução

Letra c. Pela nomenclatura usada no enunciado, percebemos que a massa informada dos dois elementos é a mesma, 137. Átomos que possuem a mesma massa são chamados de isóbaros.