Resumo: Massa e tamanho dos átomos

Este resumo segue a ordem das Aprendizagens Essenciais: a constituição do átomo, a escala atómica, a massa atómica relativa média, a mole e a massa molar, e a medição de massas e de volumes. É a base de todos os cálculos de Química, e é onde os alunos mais tropeçam na manipulação das expressões.

1. Constituição do átomo

Um átomo é constituído por um núcleo, onde existem protões e neutrões, e por uma nuvem eletrónica, onde se encontram os eletrões.

O número atómico, $Z$ , é o número de protões e identifica o elemento químico.
O número de massa, $A$ , é a soma do número de protões e do número de neutrões, $N$ .

Quando usar

Tens o número atómico e o número de neutrões, e queres o número de massa (ou o contrário):

A = Z + N

Conceito	Definição	Consequência
Isótopos	átomos do mesmo elemento com diferente número de neutrões	têm o mesmo $Z$ e diferente $A$
Catião	átomo (ou grupo de átomos) que perdeu eletrões	tem menos eletrões do que $Z$
Anião	átomo (ou grupo de átomos) que ganhou eletrões	tem mais eletrões do que $Z$

Um átomo representa-se por ${}^{A}_{Z}\text{X}$ . Por exemplo, ${}^{12}_{6}\text{C}$ e ${}^{13}_{6}\text{C}$ são isótopos do carbono: ambos têm $6$ protões, mas o primeiro tem $6$ neutrões e o segundo tem $7$ .

2. A escala atómica

Os átomos são tão pequenos que só se conseguem observar com técnicas de microscopia de alta resolução, e a nanotecnologia trabalha com estruturas entre $1$ nm e $100$ nm. As ordens de grandeza ajudam a comparar:

Estrutura	Ordem de grandeza do tamanho
Núcleo de um átomo	$10^{-15}$ m
Átomo	$10^{-10}$ m
Estruturas da nanotecnologia	$10^{-9}$ m a $10^{-7}$ m
Vírus	$10^{-7}$ m
Glóbulo vermelho	$10^{-5}$ m
Espessura de um cabelo	$10^{-4}$ m

O núcleo é cerca de cem mil vezes mais pequeno do que o átomo: quase todo o volume do átomo é a nuvem eletrónica.

3. Massa atómica relativa média

A unidade de massa atómica, $u$ , define-se a partir do carbono-12:

1\ \text{u} = \frac{1}{12}\,m({}^{12}\text{C}) \approx 1{,}66 \times 10^{-27}\ \text{kg}

Quando usar

Tens a massa média de um átomo do elemento, e queres a massa atómica relativa:

A_r = \frac{m_{\text{médio de um átomo}}}{1\ \text{u}}

Tens os isótopos e as suas abundâncias naturais (em fração, e não em percentagem), e queres a massa atómica relativa média:

A_r = \sum_i \left(\text{abundância}_i \times A_r(\text{isótopo}_i)\right)

Regra

A massa atómica relativa é adimensional (não tem unidade). A massa molar, $M$ , tem unidade, g mol $^{-1}$ . Para os átomos, os dois valores são iguais, mas as grandezas são diferentes.

4. Quantidade de matéria, constante de Avogadro e massa molar

A mole é a unidade de quantidade de matéria. Uma mole contém $N_A$ entidades, em que $N_A = 6{,}02 \times 10^{23}$ mol $^{-1}$ é a constante de Avogadro. A massa molar, $M$ , é a massa de uma mole de entidades.

Quando usar

Tens o número de entidades (átomos, moléculas, iões) e queres a quantidade de matéria (ou o contrário):

N = n \times N_A \quad\Leftrightarrow\quad n = \frac{N}{N_A}

Tens a massa de uma amostra e a massa molar, e queres a quantidade de matéria:

n = \frac{m}{M}

5. Medição de massas e de volumes

Os resultados de uma medição devem ser apresentados com a incerteza de leitura e com o número adequado de algarismos significativos.

Num instrumento analógico (de escala), a incerteza de leitura costuma ser metade da menor divisão da escala. Num instrumento digital, é a menor divisão.
Nas multiplicações e nas divisões, o resultado deve ter o número de algarismos significativos do valor menos preciso.
Nas somas e nas subtrações, conta a casa decimal menos precisa.
Não arredondes a meio dos cálculos: guarda mais algarismos e arredonda só no fim.

Escolhe o instrumento adequado à medição: a balança para as massas, e a pipeta, a bureta ou o balão volumétrico para volumes com rigor (a proveta é menos rigorosa).

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Exemplos resolvidos e o método para as contas

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Erros comuns neste tema

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Atividade laboratorial: medição de massas e de volumes

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Praticar com exames

Os exercícios de exame deste tema têm a resolução passo a passo. Os alunos erram sobretudo nas contas, por isso começa pelos que usam a mole e a massa molar.

PraticarMassa e Tamanho dos Átomos17 exercícios de exame com resolução passo a passo