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Objectivo de Aprendizagem
- Calcular o massa atómica média de um elemento dado os seus isótopos e a sua abundância natural
Key Points
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- Um elemento pode ter números diferentes de neutrões no seu núcleo, mas tem sempre o mesmo número de prótons. As versões de um elemento com diferentes neutrões têm massas diferentes e são chamadas isótopos.
- A massa atómica média de um elemento é calculada pela soma das massas dos isótopos do elemento, cada uma multiplicada pela sua abundância natural na Terra.
- Ao fazer qualquer cálculo de massa envolvendo elementos ou compostos, utilize sempre massa atómica média, que pode ser encontrada na tabela periódica.
Termos
- abundância naturalA abundância de um determinado isótopo naturalmente encontrado no planeta.
- massa atómica médiaA massa calculada através da soma das massas dos isótopos de um elemento, cada uma multiplicada pela sua abundância natural na Terra.
- número de massaO número total de prótons e neutrões num núcleo atómico.
O número atómico de um elemento define a identidade do elemento e significa o número de prótons no núcleo de um átomo. Por exemplo, o elemento hidrogénio (o elemento mais leve) terá sempre um protão no seu núcleo. O elemento hélio terá sempre dois protões no seu núcleo.
Isótopos
Atomos do mesmo elemento podem, no entanto, ter números diferentes de neutrões no seu núcleo. Por exemplo, existem átomos estáveis de hélio que contêm ou um ou dois neutrões, mas ambos os átomos têm dois protões. Estes diferentes tipos de átomos de hélio têm massas diferentes (3 ou 4 unidades de massa atómica), e são chamados isótopos. Para qualquer isótopo dado, a soma dos números de prótons e neutrões no núcleo chama-se o número de massa. Isto porque cada próton e cada neutron pesa uma unidade de massa atómica (amu). Somando o número de prótons e neutrões e multiplicando por 1 amu, é possível calcular a massa do átomo. Todos os elementos existem como uma colecção de isótopos. A palavra “isótopo” vem do grego “isos” (que significa “mesmo”) e “topes” (que significa “lugar”) porque os elementos podem ocupar o mesmo lugar na tabela periódica, ao mesmo tempo que são diferentes na construção subatómica.
Cálculo da massa atómica média
A massa atómica média de um elemento é a soma das massas dos seus isótopos, cada uma multiplicada pela sua abundância natural (a decimal associada à percentagem de átomos desse elemento que são de um dado isótopo).
Massa atómica média = f1M1 + f2M2 + … + fnMn onde f é a fracção que representa a abundância natural do isótopo e M é o número de massa (peso) do isótopo.
A massa atómica média de um elemento pode ser encontrada na tabela periódica, tipicamente sob o símbolo elementar. Quando existem dados sobre a abundância natural de vários isótopos de um elemento, é simples calcular a massa atómica média.
- Para o hélio, existe aproximadamente um isótopo de Hélio-3 para cada milhão de isótopos de Hélio-4; portanto, a massa atómica média é muito próxima de 4 amu (4.002602 amu).
- Cloro consiste em dois isótopos principais, um com 18 neutrões (75,77% de átomos de cloro naturais) e outro com 20 neutrões (24,23% de átomos de cloro naturais). O número atómico de cloro é 17 (tem 17 prótons no seu núcleo).
Para calcular a massa média, primeiro converta as percentagens em fracções (divida-as por 100). Em seguida, calcular os números de massa. O isótopo de cloro com 18 neutrões tem uma abundância de 0,7577 e um número de massa de 35 amu. Para calcular a massa atómica média, multiplicar a fracção pelo número de massa de cada isótopo, depois somá-los.
Massa atómica média de cloro = (0,7577 \cdot 35 amu) + (0,2423 \cdot 37 amu) = 35,48 amu
Outro exemplo é calcular a massa atómica de boro (B), que tem dois isótopos: B-10 com 19,9% de abundância natural, e B-11 com 80,1% de abundância. Portanto,
massa atómica média de boro = (0,199
\cdot
10 amu) + (0,801
\cdot
11 amu) = 10,80 amu
Quando fazemos cálculos de massa envolvendo elementos ou compostos (combinações de elementos), utilizamos sempre massas atómicas médias.