Isótopos

Capa: duas meninas idênticas vestidas de formas opostas, em analogia ao que são isótopos: elementos iguais com número de massas diferentes.

Na escola aprendemos que a matéria é constituída por átomos. Diversos elementos químicos que se combinam de formas distintas para compor as substâncias com as quais convivemos diariamente, incluindo nossos próprios organismos. Aprendemos que existe uma lista desses elementos químicos chamada de tabela periódica, onde esses elementos se encontram organizados de acordo com algumas propriedades, geralmente únicas para cada um. E é isso. Eles aparecem aqui e acolá, se combinam e "já era". Mas é só isso mesmo? Na verdade não. Você já deve ter ouvido a palavra isótopos antes. Hoje você vai entender o que são e como aparecem na natureza.

Para entender esta aula você precisa saber:

Elementos químicos
Substâncias químicas
A tabela periódica

O que são isótopos?

A essa altura você já deve estar careca de saber: átomos são constituídos por prótons, elétrons e nêutrons. E é a contagem de prótons (partículas positivas do núcleo) que diferencia um elemento do outro. Portanto, qualquer átomo com um único próton no núcleo, será sempre de hidrogênio. Com seis, por exemplo, será um átomo de carbono e assim por diante.

E o número de nêutrons, aquela partícula sem carga do núcleo, não pode mudar? Não apenas pode como, de fato, muda. Não somente de um elemento para outro, como também em átomos diferentes do mesmo elemento. Todos eles se apresentam, na vida real, com diversas quantidades de nêutrons no núcleo. Claro, em graus diferentes de ocorrência.

Significa que, em uma porção de hidrogênio, por exemplo, nem todos os átomos são iguais. A maioria deles terá apenas um próton no núcleo, enquanto outros (cerca de 0,02%) apresentarão, além do próton, também um ou dois nêutrons. Essas diferentes formas nas quais o hidrogênio é encontrado são chamadas de isótopos.

Verbete 1: Isótopos são as diferentes formas em que um mesmo elemento se apresenta na natureza. Isto é, mesmo número de prótons, diferentes quantidades de nêutrons (diferentes massas atômicas),
 Veja abaixo, como exemplo, os diferentes isótopos que compõe uma porção de ferro e a ocorrência de cada um deles:

Tabela 1: Mostra os diferentes isótopos do ferro encontrados na natureza, a quantidade de prótons de cada um (sempre 26) e as diferentes quantidades de nêutrons, junto com as porcentagens em que cada um está presente.

Note que todos os isótopos possuem a mesma quantidade de prótons no núcleo (afinal, é isso que faz o ferro ser ferro), mas a quantidade de nêutrons é diferente para cada um deles. Você também pode notar que a grande maioria é constituída pelo isótopo mais comum do ferro, isto é, o ferro-56 (com 26 prótons e 30 nêutrons no núcleo), estando os demais isótopos presentes em quantidades significativamente inferiores.

Nomenclatura

Regra geral, basta colocar o nome do elemento, um hífen e o total de prótons e nêutrons somados, como no modelo do ferro, na tabela acima. Assim, temos para o carbono, por exemplo, os isótopos carbono-12 (mais comum), carbono-13 e carbono-14 (no qual você certamente já ouviu falar). Todos com 6 prótons no núcleo e, respectivamente, 6, 7 e 8 nêutrons. Este último, o carbono-14, é um isótopo radioativo do carbono e é utilizado em testes arqueológicos para estimar a idade de antiguidades, múmias, esqueletos de dinossauros e outros.

Porém, em alguns casos especiais, alguns isótopos podem receber nomes específicos, como é o caso do hidrogênio, já citado antes. Seus isótopos, o hidrogênio-1, o hidrogênio-2 e o hidrogênio-3 recebem, respectivamente, os nomes de prótiodeutério e trítio.

Ilustração 1: mostra os 3 isótopos naturais do hidrogênio: prótio, deutério e trítio, todos com um próton no núcleo e, respectivamente com 0, 1 e 2 nêutrons.

Atenção: cuidado para não confundir! Esses nomes foram dados apenas aos isótopos, mas o elemento continua sendo hidrogênio. Eles não são elementos diferentes, ok?

E, para simbolizar cada um deles, basta escrever o número do isótopo (que na verdade é sua massa atômica) sobrescrito logo antes do elemento correspondente. Dessa forma, os isótopos do carbono, exemplificados anteriormente, ficam sendo 12C13C e 14C. Para o hidrogênio, o prótio pode ser escrito como 1H, o deutério como 2H e o trítio como 3H.

Se desejar, você também pode colocar o número atômico (quantidade de prótons) de cada elemento abaixo do número de massa, o que também é uma representação comum.

imagem 2: representação dos isótopos do carbono-14, hidrogênio-3 (trítio) e ferro-54.

Indo um pouco além

Além dos isótopos, também podem cair na sua prova os isótonos, os isóbaros e os isoeletrônicos.

Ao contrário do caso dos isótopos, nestes a comparação ocorre entre elementos químicos diferentes.

Isótonos são isótopos de elementos distintos (diferentes número de prótons), que possuem o mesmo número de nêutrons, como acontece com os isótopos cloro-37 (37Cl), que possui 17 prótons e 20 nêutrons, e cálcio-40 (40Ca), que possui 20 prótons e também possui 20 nêutrons.

Isóbaros, por sua vez, são isótopos também de elementos distintos, que se igualam em massa atômica, isto é, a soma dos prótons e nêutrons de cada um possui o mesmo valor. Um exemplo é o que ocorre com os isótopos potássio-40 (40K) e cálcio-40 (40Ca). O primeiro possui 19 prótons e 21 nêutrons, somando 40, enquanto o 40Ca tem 20 prótons e 20 nêutrons em seu núcleo, somando também 40.

E, finalmente, os isoeletrônicos são elementos e íons diferentes que possuem a mesma quantidade de elétrons. Isso pode ser observado, por exemplo, no átomo de neônio (Ne), quando comparado ao cátion sódio (Na+1) . O neônio possui 10 prótons em seu núcleo e, portanto, em seu estado natural, 10 elétrons. O sódio, com 11 prótons no núcleo, também deveria possuir 11 elétrons, mas, por se tratar de um cátion, de carga +1, houve a perda de um dos elétrons, deixando-o igualmente com 10. Portanto não se esqueça: aqui também valem íons (cátions ou ânions).

Resumindo

Achou um pouco confuso? Então aqui vai uma tabelinha para ajudar a lembrar:

Tabela 2: resumo do que é igual e o que é diferente em isótopos, isótonos, isóbaros e isoeletrônicos.



Não se esqueça: na natureza, quando nos referimos a um elemento químico ou imaginamos uma porção dele (uma barra de ferro ou de ouro puros, por exemplo), implicitamente, sempre nos referimos ao conjunto de isótopos que constituem aquele elemento e suas respectivas ocorrências.

Na escola, para fins didáticos, frequentemente nos referimos apenas ao isótopo mais comum, isto é, aquele que aparece em porcentagem muito maior em relação aos demais, como acontece com o hidrogênio-1, ferro-56, carbono-12 e por aí afora.

Bons estudos!

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