3.3: Partículas Subatómicas – Electrões, Protões e Neutrões
Identificando e Localizando as Partículas Subatómicas
Em 1897, o físico britânico J. J. Thomson (1856-1940) provou que os átomos não eram a forma mais básica de matéria. As suas experiências envolveram o uso de tubos de raios catódicos (CRT). Sob um ambiente aspirado, esses dispositivos produzem raios invisíveis que se originam de um eletrodo negativo (cátodo) e continuam para um eletrodo positivo (ânodo). Nestas experiências, Thomson demonstrou que os raios catódicos podiam ser desviados, ou dobrados, por campos magnéticos ou elétricos, o que indicava que os raios catódicos consistem em partículas carregadas. Mais importante, ao medir a extensão da deflexão dos raios catódicos em campos magnéticos ou elétricos de várias forças, Thomson foi capaz de calcular a relação massa/carga das partículas. Como as cargas se repelem umas às outras e as cargas opostas se atraem, Thomson concluiu que as partículas tinham uma carga líquida negativa; essas partículas são agora chamadas de elétrons. Mais relevante para o campo da química, Thomson descobriu que a relação massa/carga dos raios catódicos é independente da natureza dos eletrodos metálicos ou do gás, o que sugeriu que os elétrons eram componentes fundamentais de todos os átomos.
> Nos anos 1910, experiências com raios X levaram a esta conclusão útil: a magnitude da carga positiva no núcleo de cada átomo de um elemento em particular é a mesma. Em outras palavras, todos os átomos de um mesmo elemento têm o mesmo número de prótons. Além disso, elementos diferentes têm um número diferente de prótons em seus núcleos, portanto, o número de prótons no núcleo de um átomo é característico de um elemento em particular. Esta descoberta foi tão importante para a nossa compreensão dos átomos que o número de prótons no núcleo de um átomo é chamado de número atómico. Estas experiências foram realizadas por Ernest Rutherford. Ele é creditado com a definição de uma localização central do átomo que agora foi chamado de núcleo.
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Rutherford estava ciente de que os prótons estavam dentro desta região. Um dos colegas de Ernest Rutherford, James Chadwick, realizou e estudou reações radioativas de berílio. Ao atingir um núcleo de berílio com partículas alfa, uma partícula de nêutrons foi emitida. Em 1932, James Chadwick anunciou a existência de uma terceira partícula subatômica, o nêutron. Esta partícula tem uma massa de 1 unidade de massa atómica, mas não tem qualquer carga. Após esta descoberta, a ciência e tecnologia nuclear começou imediatamente.
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Massa para as três partículas subatômicas podem ser expressas em amu (unidades de massa atômica) ou gramas. Para simplificar, vamos usar a unidade amu para as três subatômicas. Tanto os neutrões como os prótons são atribuídos como tendo massas de 1 amu cada um. Em contraste, o elétron tem uma massa negligenciável de 0,0005 amu. A massa desta subatômica não é representada na massa decimal que é exibida na tabela periódica. Apenas prótons e nêutrons contribuem para o valor da massa de um átomo.
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Para átomos (espécies neutras), o número de elétrons é equivalente ao número de prótons. Como resultado, todos os átomos têm uma carga total de zero. Para discussão dos íons (átomos que ganham ou perdem elétrons), olhe para a última parte deste capítulo. Os átomos que diferem em valores de neutrões e massa da tabela são chamados de isótopos. Estas espécies particulares podem ser vistas na secção seguinte do texto.
Partícula Subatómica | Símbolo | Carga Relativa | Localização | Massa de Amu |
---|---|---|---|---|
Protão | p | +1 | inside the nucleus | 1 |
Neutron | n | 0 | inside the nucleus | 1 |
Electron | e- | -1 | fora do núcleo | 0.0005 (~0) |
Exemplo \(\PageIndex{1})
O que é verdade?
- O núcleo contém prótons e elétrons.
- A massa de um electrão está incluída na massa do átomo
- Para um átomo, o número de prótons = número de electrões.
Solução
- Falso, o núcleo contém os prótons e os neutrões. Os elétrons estão fora do núcleo.
- Falso, os elétrons não contribuem para o número de massa de um átomo.
- Verdadeiro, todos os átomos são neutros e devem ter o mesmo número de prótons que os elétrons.