Número atômico (Z)

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O número atômico (Z) representa o número de prótons do átomo e é responsável por definir a identidade dos elementos químicos.
Representação da estrutura de um átomo.
O número atômico é uma propriedade dos elementos químicos.

O número atômico (Z) é uma propriedade dos elementos químicos que determina a quantidade de prótons encontrado no núcleo do átomo e tem a função de distinguir os elementos químicos uns dos outros.

O número atômico é uma propriedade única de cada elemento, definindo a sua identidade. Por isso, os elementos da tabela periódica estão ordenados em sentido crescente de número atômico, permitindo a previsão das propriedades periódicas e de características esperadas para cada elemento.

A quantidade de elétrons em um átomo pode ser determinada indiretamente pelo número atômico, uma vez que prótons e elétrons estão presentes em iguais quantidades em átomos neutros.

Leia também: Átomo — a unidade básica da matéria

Resumo sobre o número atômico

  • O número atômico corresponde à quantidade de prótons no núcleo do átomo.

  • É representado pela letra Z.

  • Essa é uma propriedade única de cada elemento, utilizada para fazer a distinção entre eles.

  • A tabela periódica é ordenada em sentido crescente de número atômico, permitindo que as propriedades dos elementos sejam periódicas e capazes de serem previstas.

  • O número atômico é útil para a determinação indireta do número de elétrons no átomo.

  • Na formação de um íon de um elemento químico, não há alteração do número de prótons e o número atômico não se altera.

  • Número de massa é a soma entre prótons e nêutrons.

Videoaula sobre o número atômico

O que é número atômico?

O número atômico de um elemento químico corresponde ao número de prótons existentes em seu núcleo e é simbolizado pela letra Z.

O número de prótons é a característica que diferencia os átomos de um elemento químico dos demais elementos. Dessa forma, o número atômico define a identidade dos elementos químicos. Por exemplo, todos os átomos que possuem número atômico 19 são o elemento potássio e todos aqueles que possuem Z=16 são o elemento enxofre.

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Os prótons são partículas de carga elétrica positiva e estão localizadas no núcleo do átomo. Os átomos, como um todo, são espécies neutras e, para isso, possuem iguais quantidades de prótons (carga positiva) e elétrons (carga negativa). Portanto, conhecer o número atômico de um elemento permite conhecer também a quantidade de elétrons na eletrosfera.

Estrutura do átomo, formado pelas partículas subatômicas.
Estrutura do átomo, formado pelas partículas subatômicas.

Como se determina o número atômico?

O número atômico é determinado conhecendo a quantidade de prótons ou de elétrons no átomo ou no íon. Como o número atômico equivale à quantidade de prótons, sabendo quantos prótons formam o núcleo de um átomo, automaticamente se obtém o valor de Z.

  • Exemplo 1: os átomos de elemento ferro possuem 26 prótons, logo, seu número atômico é 26 (Z=26).

  • Exemplo 2: os átomos do elemento ouro possuem 79 prótons, logo, seu número atômico é 79 (Z=79).

Conhecendo o número de elétrons de um átomo também é possível determinar o seu número atômico, pois o átomo possui a mesma quantidade de partículas negativas e positivas.

  • Exemplo 1: os átomos do elemento cálcio possuem 20 elétrons. Como o átomo deve ser neutro, o núcleo do átomo de cálcio possui 20 prótons (partículas positivas) que contrabalanceiam os 20 elétrons (partículas negativas). Portanto, o número atômico do cálcio é 20.

  • Exemplo 2: os átomos do elemento fósforo possuem 15 elétrons. Seguindo o raciocínio do exemplo anterior, o elemento fósforo possui Z=15.

Íons são espécies que apresentam carga elétrica em virtude de processos de recebimento ou doação de elétrons, a partir de seu estado neutro. Nesses casos, as quantidades de prótons e de elétrons não são mais similares.

Na formação de íons, não há alteração do número de prótons, mas sim de elétrons, portanto, não é alterado o número atômico. De qualquer forma, deve-se ter atenção ao determinar Z pela quantidade de elétrons.

  • Exemplo 1: na formação de íons Ca2+, os átomos de cálcio perderam dois elétrons (por isso ficaram com um excesso de carga positiva), permanecendo com 18 elétrons na eletrosfera. Isso indica que um átomo neutro de cálcio possui 20 elétrons, portanto, seu número atômico é 20.

  • Exemplo 2: os íons Al3+ se formam pela perda de três elétrons da eletrosfera, que ainda permanece com 10 elétrons. Então, um átomo neutro de alumínio possui 13 elétrons e 13 prótons, resultando em número atômico igual a 13.

Como se identifica o número atômico na tabela periódica?

A tabela periódica é ordenada no sentido crescente de números atômicos dos elementos químicos. As propriedades periódicas manifestadas ao longo da tabela periódica decorrem da sua organização em sentido crescente do número de prótons.

O primeiro elemento na tabela periódica é o hidrogênio, com Z = 1, e o último é o oganessônio, cujo número atômico é 118.

Na maior parte das tabelas periódicas, o valor de Z se encontra na porção superior do quadrado de cada elemento químico, representado de forma geral por:

Número atômico, símbolo e massa atômica do elemento enxofre.

Função e importância do número atômico

A principal função do número atômico é caracterizar os elementos químicos, diferenciando-os dos demais. O conhecimento do número atômico é importante pois define a posição do elemento químico na tabela periódica, permitindo a previsão de suas propriedades periódicas e de algumas de suas características físicas e químicas.

O número atômico dá informações sobre as partículas subatômicas que compõem o átomo, como os prótons e os elétrons. Associado ao número de massa, permite determinar a quantidade de nêutrons no núcleo, que são as partículas de carga zero.

Além disso, pelo número atômico é possível conhecer a quantidade de elétrons na eletrosfera de um átomo. Isso é importante, pois torna possível a determinação da distribuição eletrônica e, consequentemente, fornece informações sobre as ligações químicas.

Leia também: Semelhança atômica — a classificação em isótopos, isóbaros, isótonos e isoeletrônicos

Diferença entre número atômico e número de massa

  • Número atômico (Z): equivale à quantidade de prótons no núcleo do átomo.

  • Número de massa: simbolizado por A, é a somatória de todas as partículas subatômicas do núcleo, ou seja, prótons e nêutrons. Esse nome se deve ao fato de que o núcleo contém praticamente toda a massa do átomo, uma vez que a massa dos elétrons é extremamente pequena.

Número de massa (A) = número de prótons (Z) + número de nêutrons

O número atômico costuma ser expresso acima do símbolo do elemento químico e o número de massa, na parte inferior, com a fórmula geral \({_A^Z}X\) .

Veja um exemplo para o átomo de Hélio, que possui 2 elétrons, 2 prótons e 2 nêutrons.

Representação do número atômico e do número de massa para o Hélio (He).
Representação do número atômico e do número de massa para o Hélio (He).

Como Z está contido em A, o número de massa será sempre maior do que o número atômico. Conhecer a diferença entre Z e A é importante, por exemplo, para a análise de isótopos. Isótopos são espécies químicas com igual número atômico, ou seja, são o mesmo elemento químico, mas que se diferem no valor de A, pois possuem quantidades diferentes de nêutrons no núcleo.

Origem do número atômico

O número atômico e sua correlação com a quantidade de prótons surgiu a partir dos experimentos do físico inglês Henry Moseley, em 1913. Moseley vinha trabalhando com a interação entre os raios X e os elementos gasosos, baseando-se em conhecimentos prévios do cientista Wilhelm Röntgen e de Charles Grover Barkla, que perceberam uma significativa relação entre o espectro de raios X e a posição do elemento na tabela periódica.

Aprofundando os estudos, Moseley propôs que esses resultados estariam relacionados à quantidade de partículas subatômicas, especificamente, de elétrons. Assim, o cientista determinou valores numéricos aos elementos químicos em conformidade com as mudanças registradas nos espectros. Posteriormente, Moseley verificou que, na realidade, os padrões de raios X obtidos variavam de acordo com a quantidade de prótons e não de elétrons.

Henry Moseley em laboratório.
Henry Moseley descobriu a relação entre o número de prótons e a identidade dos elementos químicos.

O número atômico foi, então, determinado com base nesses estudos. Essa propriedade passou a ser usada para o ordenamento dos elementos químicos na tabela periódica de Mendeleev, pois foi capaz de resolver algumas dúvidas em relação à posição de determinados elementos.

Leia também: A evolução dos modelos atômicos ao longo da história

Exercícios resolvidos sobre número atômico

Questão 1

(UNICENTRO) - Um certo íon tem carga positiva +2, representado por M2+, sendo seu número total de elétrons igual a 54 e o número de massa igual a 137.

Com base nessas informações, assinale a alternativa que apresenta, correta e respectivamente, o número atômico e o número de nêutrons nesse íon.

a) 54 e 81.

b) 54 e 83.

c) 56 e 81.

d) 81 e 194.

e) 83 e 135.

Resolução:

Letra C. O número atômico é o número de prótons do átomo.

O íon M2+ foi formado pela perda de dois elétrons a partir de um átomo neutro M. Na condição de íon, essa espécie possui 54 elétrons. Logo, na condição de átomo ele possuía 56 elétrons. Como átomos são eletricamente neutros, o número de elétrons e o número de prótons são os mesmos, portanto, esse íon possui número atômico 56.

Para descobrir o número de nêutrons, basta recordar que o número de massa equivale à soma de prótons e nêutrons:

número de massa = prótons+nêutrons

137 = 56 + nêutrons

nêutrons = 81

Portanto, número atômico = 56 e número de nêutrons = 81.

Questão 2

(FUVEST) O número de elétrons do cátion X2+ de um elemento X é igual ao número de elétrons do átomo neutro de um gás nobre. Esse átomo de gás nobre apresenta número atômico 10 e número de massa 20. O número atômico do elemento X é:

a) 8

b) 10

c) 12

d) 18

e) 20

Resolução

Letra C. O número de elétrons do cátion é igual ao número de elétrons de um átomo neutro que possui número atômico 10 e número de massa 20.

Sabendo que o número atômico equivale à quantidade de prótons do átomo, o átomo de gás nobre possui 10 prótons. Como esse átomo é neutro, a quantidade de prótons e elétrons é igual, portanto, possui 10 elétrons.

O átomo e o íon têm a mesma quantidade de elétrons (=10 elétrons).

O íon X2+ foi formado pela perda de dois elétrons a partir de seu estado de átomo neutro. Portanto, o átomo de X possuía 12 elétrons. Como átomos são neutros, se X tinha 12 elétrons, ele tem 12 prótons.

Dessa forma, conclui-se que o número atômico de X é 12

Por Ana Luiza Lorenzen Lima

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