5.8: Isótopos – Quando o Número de Neutrons Varia

Estabilidade dos Isótopos

Os átomos precisam de uma certa proporção de nêutrons em relação aos prótons para ter um núcleo estável. Ter muitos ou poucos neutrões em relação aos prótons resulta em um núcleo instável, ou radioativo, que mais cedo ou mais tarde se decomporá para uma forma mais estável. Este processo é chamado de decadência radioativa. Muitos isótopos têm núcleos radioativos, e esses isótopos são chamados de radioisótopos. Quando eles se decompõem, liberam partículas que podem ser prejudiciais. É por isso que os isótopos radioativos são perigosos e porque trabalhar com eles requer fatos especiais para proteção. O isótopo de carbono conhecido como carbono-14 é um exemplo de um radioisótopo. Em contraste, os isótopos de carbono chamados carbon-12 e carbon-13 são estáveis.

Toda esta discussão sobre isótopos nos leva de volta à Teoria Atômica de Dalton. De acordo com Dalton, átomos de um dado elemento são idênticos. Mas se os átomos de um dado elemento podem ter números diferentes de neutrões, então eles também podem ter massas diferentes! Como é que Dalton falhou isto? Acontece que os elementos encontrados na natureza existem como misturas uniformes constantes dos seus isótopos naturais. Por outras palavras, um pedaço de lítio contém sempre ambos os tipos de lítio que ocorrem naturalmente (o tipo com 3 neutrões e o tipo com 4 neutrões). Além disso, contém sempre os dois nas mesmas quantidades relativas (ou “abundâncias relativas”). Em um pedaço de lítio, 93% será sempre lítio com 4 nêutrons, enquanto o restante (7%) será sempre lítio com 3 nêutrons.

Dalton sempre experimentou com grandes pedaços de um elemento – pedaços que continham todos os isótopos naturais desse elemento. Como resultado, quando ele realizou suas medições, ele estava realmente observando as propriedades médias de todos os diferentes isótopos da amostra. Para a maioria dos nossos objectivos em química, vamos fazer a mesma coisa e lidar com a massa média dos átomos. Felizmente, além de ter massas diferentes, a maioria das outras propriedades dos diferentes isótopos são semelhantes.

Existem duas formas principais nas quais os cientistas frequentemente mostram o número de massa de um átomo em que estão interessados. É importante notar que o número de massa não é dado na tabela periódica. Estas duas formas incluem escrever um símbolo nuclear ou dando o nome do elemento com o número de massa escrito.

Para escrever um símbolo nuclear, o número de massa é colocado na parte superior esquerda (sobrescrito) do símbolo químico e o número atômico é colocado na parte inferior esquerda (sobrescrito) do símbolo. O símbolo nuclear completo para hélio-4 é desenhado abaixo:

Os seguintes símbolos nucleares são para um núcleo de níquel com 31 nêutrons e um núcleo de urânio com 146 nêutrons.

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No núcleo de níquel representado acima, o número atômico 28 indica que o núcleo contém 28 prótons, e portanto, deve conter 31 nêutrons para ter um número de massa de 59. O núcleo do urânio tem 92 prótons, assim como todos os núcleos de urânio e este núcleo de urânio em particular tem 146 nêutrons.

Outra forma de representar isótopos é adicionando um hífen e o número de massa ao nome químico ou símbolo. Assim, os dois núcleos seriam Níquel-59 ou Ni-59 e Urânio-238 ou U-238, onde 59 e 238 são os números de massa dos dois átomos, respectivamente. Note que os números de massa (não o número de neutrões) são dados para o lado do nome.