Um átomo é formado por um núcleo e uma eletrosfera: no minúsculo núcleo ficam os prótons e os nêutrons, enquanto os elétrons se movem ao redor dele. Sabendo apenas dois números da tabela periódica, dá para «montar» qualquer átomo: contar todas as suas partículas e distribuir os elétrons pelos níveis. Nesta página você encontra um modelo visual do átomo, as fórmulas de Z e A, isótopos, exemplos resolvidos e um quiz interativo para praticar.
Do que é feito um átomo
Um átomo é a menor partícula de um elemento químico que ainda mantém suas propriedades. Ele é mais simples do que parece — só tem duas «partes»:
- O núcleo é o centro do átomo. Nele vivem dois tipos de partículas: os prótons, positivos, e os nêutrons, neutros. O núcleo é incrivelmente pequeno — cerca de 100 mil vezes menor que o átomo inteiro —, mas é nele que se concentra mais de 99,9% da massa.
- A eletrosfera é o restante do espaço do átomo, onde os leves elétrons, de carga negativa, se movem ao redor do núcleo.
Se você aumentasse um átomo até o tamanho de um estádio, o núcleo seria uma ervilha no centro do campo — todo o resto seria a eletrosfera, «quase vazia».
Prótons, nêutrons e elétrons: as três partículas do átomo
Todos os átomos do universo são formados por apenas três tipos de partículas — o que muda é só a quantidade de cada uma. É mais fácil compará-las por três características: carga, massa e «onde vivem».
O próton e o nêutron têm quase a mesma massa — cerca de 1 u (unidade de massa atômica) cada um. O elétron é cerca de 1836 vezes mais leve, então sua massa é desprezada nos cálculos. Já as cargas do próton e do elétron são iguais em módulo e opostas em sinal: enquanto o átomo tiver tantos prótons quanto elétrons, ele é eletricamente neutro.
Fórmulas do átomo: Z, A e o número de nêutrons
A composição de qualquer átomo é descrita por dois números:
- Número atômico Z — a quantidade de prótons no núcleo. É também a posição do elemento na tabela periódica: o nº 1 é o hidrogênio (1 próton), o nº 8 é o oxigênio (8 prótons), o nº 79 é o ouro (79 prótons). É por isso que, no modelo planetário do átomo, o número de prótons no núcleo é igual ao número de elétrons: o átomo é neutro, e cada próton corresponde a exatamente um elétron.
- Número de massa A — o número total de partículas no núcleo: \(A = Z + N\), onde N é o número de nêutrons. Daí vem a principal fórmula de trabalho dos exercícios escolares: \(N = A - Z\).
A composição de um átomo é escrita assim: \(^{A}_{Z}\text{X}\). Por exemplo, \(^{35}_{17}\text{Cl}\) é o cloro, com 17 prótons e 35 − 17 = 18 nêutrons. O resumo abaixo condensa todo o método em três linhas.
A eletrosfera: níveis de 2, 8, 18
Os elétrons não voam ao redor do núcleo de qualquer jeito: eles ficam em níveis de energia (camadas). Quanto mais distante o nível está do núcleo, mais elétrons ele comporta — o máximo é dado pela fórmula \(2n^2\):
- 1º nível — no máximo 2 elétrons;
- 2º nível — no máximo 8;
- 3º nível — no máximo 18;
- 4º nível — no máximo 32.
Os níveis se preenchem em ordem, do mais próximo ao mais distante. Por exemplo, o oxigênio (Z = 8) tem os elétrons distribuídos como 2, 6; o sódio (Z = 11), como 2, 8, 1; o cloro (Z = 17), como 2, 8, 7. Os elétrons do nível externo são chamados de elétrons de valência — são eles que participam das reações químicas e definem as propriedades do elemento.
O número de níveis também é indicado pela tabela periódica: ele é igual ao número do período em que o elemento está. Nos anos mais avançados, os níveis são divididos ainda em subníveis s, p, d, f, e se escrevem as configurações eletrônicas — por exemplo, a do oxigênio é 1s²2s²2p⁴.
Isótopos: um elemento, átomos diferentes
O número de prótons de um elemento não pode mudar: acrescente um próton ao núcleo e você terá outro elemento. Já o número de nêutrons pode variar. Isótopos são átomos de um mesmo elemento com o mesmo Z, mas número de nêutrons diferente — e, portanto, número de massa A diferente.
O exemplo clássico é o hidrogênio e seus três isótopos: o prótio \(^{1}_{1}\text{H}\) (sem nenhum nêutron), o deutério \(^{2}_{1}\text{H}\) (1 nêutron) e o trítio \(^{3}_{1}\text{H}\) (2 nêutrons). Quimicamente, os isótopos são quase indistinguíveis: nas reações, o papel principal é dos elétrons, e os isótopos têm exatamente a mesma quantidade deles.
É justamente por causa dos isótopos que as massas atômicas na tabela periódica são fracionárias: elas são a média ponderada de todos os isótopos naturais do elemento. O cloro, por exemplo, tem massa 35,45 porque o cloro natural é uma mistura de cloro-35 e cloro-37.
Modelos do átomo: da «partícula indivisível» ao modelo planetário
A palavra «átomo» vem do grego atomos — «indivisível»: foi assim que Demócrito o imaginou, e no início do século XIX John Dalton construiu sobre essa ideia a primeira teoria científica. Mas as descobertas na virada do século XIX para o XX mostraram que o átomo tem, sim, uma estrutura interna.
- 1897 — modelo de Thomson (o «pudim de passas»). J. J. Thomson descobriu o elétron e propôs que os elétrons estavam incrustados numa «massa» de carga positiva, como passas num pudim.
- 1911 — modelo planetário de Rutherford. Bombardeando uma folha de ouro com partículas alfa, Ernest Rutherford descobriu que quase toda a massa e toda a carga positiva estavam concentradas num núcleo minúsculo, enquanto os elétrons giravam ao redor dele como planetas ao redor do Sol.
- 1913 — modelo de Bohr. Niels Bohr refinou a ideia: os elétrons não se movem por qualquer caminho, mas em órbitas rigorosamente definidas e com energia fixa — foi assim que surgiram os níveis de energia.
- Década de 1920 — modelo quântico. A física moderna descreve o elétron não como uma bolinha numa órbita, mas como uma nuvem eletrônica — uma região do espaço onde o elétron pode ser encontrado com determinada probabilidade.
O modelo planetário com níveis (como no esquema acima) é o que a química escolar ainda usa hoje: sua precisão é mais do que suficiente para contar partículas e distribuir elétrons.
Exemplos resolvidos: analisando um átomo pela tabela periódica
Exemplo 1. Análise completa de um átomo de cloro
Problema. Determine a composição de um átomo de cloro e distribua os elétrons pelos níveis. Na tabela periódica: o cloro Cl é o elemento nº 17, com massa atômica 35,45.
Passo 1. Número atômico Z = 17 → o núcleo tem 17 prótons.
Passo 2. O átomo é neutro → há a mesma quantidade de elétrons: 17 elétrons.
Passo 3. O número de massa é a massa atômica arredondada: A = 35. Nêutrons: \(N = A - Z = 35 - 17 = 18\).
Passo 4. Distribuímos os 17 elétrons pelos níveis do mais próximo ao mais distante: 2, depois 8, restam 7 → 2, 8, 7. No nível externo há 7 elétrons de valência — são eles que definem as propriedades químicas do cloro.
Resposta: 17 p⁺, 18 n⁰, 17 e⁻; níveis eletrônicos: 2, 8, 7.
Exemplo 2. Quantos nêutrons tem o urânio-235
Problema. Quantos nêutrons há no núcleo do isótopo de urânio \(^{235}_{92}\text{U}\)?
Passo 1. Lemos a notação: o número de baixo é o número atômico, Z = 92 (prótons); o de cima é o número de massa, A = 235.
Passo 2. Calculamos: \(N = A - Z = 235 - 92 = 143\).
Resposta: 143 nêutrons. Repare que o urânio natural também tem o isótopo \(^{238}_{92}\text{U}\) — os mesmos 92 prótons, mas 146 nêutrons.
Exemplo 3. Descobrindo o elemento a partir dos elétrons
Problema. Os elétrons de um átomo estão distribuídos pelos níveis assim: 2, 8, 1. Que elemento é esse?
Passo 1. Contamos os elétrons: 2 + 8 + 1 = 11.
Passo 2. Num átomo neutro, há a mesma quantidade de elétrons e de prótons → Z = 11.
Passo 3. Consultamos a tabela periódica: o elemento nº 11 é o sódio (Na).
Resposta: sódio. Isso também explica por que ele é tão reativo: tem só um elétron no nível externo, e o sódio o cede com facilidade.
Erros comuns nos exercícios de estrutura do átomo
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Confundir massa atômica com número de massa: usar na fórmula N = A − Z a massa fracionária da tabela (por exemplo, 35,45 no caso do cloro).
O número de massa A é sempre um número inteiro: é a quantidade de partículas (prótons e nêutrons) de um átomo específico. Nos exercícios, arredonde a massa atômica da tabela para um número inteiro: no cloro, A = 35, então N = 35 − 17 = 18.
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Achar que o número atômico do elemento é o total de todas as partículas do átomo.
O número atômico Z é apenas o número de prótons (e de elétrons num átomo neutro). Os nêutrons não entram no Z: eles são calculados à parte, pela fórmula N = A − Z.
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Colocar os elétrons dentro do núcleo: «o átomo é formado por prótons, nêutrons e elétrons, todos dentro do núcleo».
No núcleo há apenas prótons e nêutrons. Os elétrons se movem ao redor do núcleo, na eletrosfera, a distâncias dezenas de milhares de vezes maiores que o tamanho do próprio núcleo.
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Contar os elétrons de um íon pelo número do elemento: dizer que o Na⁺ tem «11 elétrons».
Z dá o número de elétrons só num átomo neutro. Um íon está carregado: o Na⁺ perdeu um elétron e ficou com 10; o Cl⁻ ganhou um e ficou com 18. O número de prótons não muda.
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Preencher os níveis igualmente ou de forma aleatória: por exemplo, escrever 8, 8, 1 para o cloro.
Os níveis se preenchem rigorosamente de dentro para fora: primeiro o nível 1 (no máximo 2 elétrons), depois o nível 2 (8) e então o nível 3. Para o cloro, com seus 17 elétrons, o correto é 2, 8, 7.
Perguntas e respostas
Do que é feito um átomo? Em resumo
Um átomo é formado por um núcleo e uma eletrosfera. O núcleo é feito de prótons (carga +1) e nêutrons (sem carga); a eletrosfera, de elétrons (carga −1). O número de prótons é igual ao número atômico do elemento na tabela periódica.
Por que o átomo é chamado de partícula indivisível se ele se divide?
O nome vem do grego antigo atomos — «que não se corta»: até o final do século XIX, o átomo era considerado o «tijolo» mais simples da matéria. Depois se descobriram o elétron e o núcleo. Mas nas reações químicas o átomo realmente não se divide — só as eletrosferas se rearranjam —, então, para a química, ele continua sendo a menor partícula de um elemento.
É verdade que um átomo é formado por prótons e nêutrons?
Só pela metade: prótons e nêutrons formam o núcleo. A composição completa do átomo é o núcleo (prótons + nêutrons) mais os elétrons, que se movem ao redor do núcleo e formam a eletrosfera.
Por que no modelo planetário do átomo o número de prótons no núcleo é igual ao de elétrons?
Porque o átomo como um todo é eletricamente neutro: a carga positiva do núcleo (+Z, dos prótons) precisa ser totalmente compensada pela carga negativa dos elétrons (−Z). Se o átomo perde ou ganha um elétron, esse equilíbrio se rompe e surge uma partícula carregada — um íon.
Como descobrir o número de prótons, nêutrons e elétrons pela tabela periódica?
Os prótons equivalem ao número atômico do elemento, Z. Num átomo neutro, os elétrons são na mesma quantidade. Para os nêutrons, arredonde a massa atômica para um número inteiro (esse é o número de massa A) e subtraia o número atômico: N = A − Z. Por exemplo, o ferro, nº 26 com massa 56, tem 26 prótons, 26 elétrons e 56 − 26 = 30 nêutrons.
Por que a massa atômica na tabela periódica é fracionária?
Porque é a média de todos os isótopos naturais do elemento, ponderada pela abundância de cada um. Cada átomo individual tem um número de massa inteiro (35 ou 37 no caso do cloro), mas a média da mistura de isótopos resulta num valor fracionário — 35,45.
