Os átomos são os "blocos de construção da matéria". Qualquer coisa que tenha massa e ocupe espaço (por ter volume) é composta por essas pequeníssimas unidades. Isso vale para o ar que você respira, a água que você bebe e o próprio corpo.

Os isótopos são um conceito vital no estudo dos átomos. Químicos, físicos e geólogos os utilizam para dar sentido ao nosso mundo. Mas antes de podermos explicar o que são os isótopos – ou por que são tão importantes – precisaremos dar um passo atrás e olhar para os átomos como um todo.


Agora isso é divertido
Esportes e ciências se cruzam com mais frequência do que você imagina. A maior cidade do Novo México contratou um novo time de beisebol da liga secundária em 2003. Qual é o nome? Os Isótopos de Albuquerque. Uma referência a um episódio da 12ª temporada de “Os Simpsons”, o nome incomum do time teve um efeito colateral agradável:por necessidade, os funcionários do estádio distribuem regularmente aulas de química para fãs curiosos.
Conteúdo

1. Nosso mundo atômico
2. "Elementar, meu caro Watson"
3. Sentindo-se instável
4. Obtendo encontros (e mantendo-se saudável)

Nosso mundo atômico

Como você provavelmente sabe, os átomos têm três componentes principais – dois dos quais residem no núcleo. Localizado no centro do átomo, o núcleo é um aglomerado compactado de partículas. Algumas dessas partículas são prótons , que possuem cargas elétricas positivas.

Está bem documentado que acusações opostas se atraem. Enquanto isso, corpos com cargas semelhantes tendem a se repelir. Então aqui vai uma pergunta:como podem dois ou mais prótons — com suas cargas positivas — coexistir no mesmo núcleo? Eles não deveriam estar se afastando?



É aí que entram os nêutrons. Nêutrons são partículas subatômicas que compartilham núcleos com prótons. Mas os nêutrons não possuem carga elétrica. Fiel ao seu nome, os nêutrons são neutros, não tendo carga positiva nem negativa. É um atributo importante. Em virtude de sua neutralidade, os nêutrons podem impedir que os prótons expulsem uns aos outros do núcleo.

"Elementar, meu caro Watson"

Orbitando o núcleo estão os elétrons , partículas ultraleves com cargas negativas. Os elétrons facilitam as ligações químicas – e seus movimentos podem produzir uma coisinha chamada eletricidade. Os prótons não são menos importantes. Por um lado, ajudam os cientistas a distinguir os elementos.

Você deve ter notado que na maioria das versões da tabela periódica, cada quadrado tem um pequeno número impresso no canto superior direito, acima do símbolo do elemento. Esse número é conhecido como o número atômico . Diz ao leitor quantos prótons existem no núcleo atômico de um determinado elemento. Por exemplo, o número atômico do oxigênio é oito. Cada átomo de oxigênio no universo tem um núcleo com exatamente oito prótons; nem mais nem menos.



Sem esse arranjo muito específico de partículas, o oxigênio não seria oxigênio. O número atômico de cada elemento – incluindo o do oxigênio – é totalmente único. Não há dois elementos que possam ter o mesmo número atômico. Nenhum outro elemento tem oito prótons por núcleo. Contando o número de prótons, você pode identificar um átomo. Assim como os átomos de oxigênio sempre terão oito prótons, os átomos de nitrogênio invariavelmente vêm com sete. É simples assim.

Os nêutrons não seguem o exemplo. É garantido que o núcleo de um átomo de oxigênio abrigue oito prótons (como estabelecemos). No entanto, também pode conter de quatro a 20 nêutrons. Isótopos são variantes do mesmo elemento que possuem diferentes números de nêutrons (e, portanto, propriedades físicas potencialmente diferentes). Eles, no entanto, tendem a ter as mesmas propriedades químicas.

Agora, cada isótopo é nomeado com base em seu número de massa , que é o número total combinado de nêutrons e prótons em um átomo. Por exemplo, um dos isótopos de oxigênio mais conhecidos é chamado oxigênio-18 (O-18). Tem os oito prótons padrão mais 10 nêutrons.

Portanto, o número de massa do O-18 é – você adivinhou – 18. Um isótopo relacionado, o oxigênio-17 (O-17), tem um nêutron a menos no núcleo. O-16, então, tem o mesmo número de prótons e nêutrons:oito. Entre este trio, O-16 e O-17 são os isótopos mais leves, e O-16 é também o isótopo mais abundante dos três.

Sentindo-se instável

Algumas combinações são mais fortes que outras. Os cientistas classificam O-16, O-17 e O-18 como isótopos estáveis. Num isótopo estável, as forças exercidas pelos prótons e nêutrons mantêm-se unidas, mantendo permanentemente o núcleo intacto.

Por outro lado, o núcleo de um isótopo radioativo, também chamado de “radioisótopo”, é instável e decairá com o tempo. Um isótopo radioativo tem uma relação próton-nêutron que é fundamentalmente insustentável no longo prazo. Ninguém quer ficar nessa situação. Conseqüentemente, os isótopos radioativos irão liberar certas partículas subatômicas (e liberar energia) até que se convertam em isótopos agradáveis ​​e estáveis.



O-18 é estável, mas o oxigênio-19 (O-19) não. Este último irá inevitavelmente quebrar – rápido! Dentro de 26,88 segundos após sua criação, é garantido que uma amostra de O-19 perderá metade de seus átomos devido à devastação do decaimento radioativo.

Isso significa que o O-19 tem meia-vida de 26,88 segundos. A meia-vida é a quantidade de tempo que 50% de uma amostra de isótopo leva para decair. Lembre-se deste conceito; vamos conectá-lo à paleontologia na próxima seção.

Mas antes de falarmos de ciência fóssil, há um ponto importante que precisa ser abordado. Ao contrário do oxigênio, alguns elementos não possuem nenhum isótopo estável. Considere o urânio, um dos elementos radioativos mais conhecidos. No mundo natural existem três isótopos deste metal pesado, e todos são radioativos, com os núcleos atômicos em constante estado de decadência. Eventualmente, um pedaço de urânio se transformará em um elemento totalmente diferente na tabela periódica.

Não se preocupe em tentar assistir a transição em tempo real. O processo se desenrola muito, muito devagar.

Conseguir encontros (e manter-se saudável)

O urânio-238 (U-238), o isótopo mais comum do elemento, tem meia-vida de cerca de 4,5 bilhões de anos! Gradualmente, isso se tornará o chumbo-206 (Pb-206), que é estável. Da mesma forma, o urânio-235 (U-235) — com a sua meia-vida de 704 milhões de anos — transita para o chumbo-207 (Pb-207), outro isótopo estável. (Tanto o U-238 quanto o U-235 são exemplos de isótopos que ocorrem naturalmente.)

Para os geólogos, esta é uma informação realmente útil. Digamos que alguém encontre uma placa de rocha cujos cristais de zircão contenham uma mistura de U-235 e Pb-207. A proporção desses dois átomos pode ajudar os cientistas a determinar a idade da rocha.



Veja como:digamos que os átomos de chumbo superem em muito os seus homólogos de urânio. Nesse caso, você sabe que está olhando para uma pedra bem antiga. Afinal, o urânio teve muito tempo para começar a se transformar em chumbo. Por outro lado, se o oposto for verdadeiro – e os átomos de urânio são mais comuns – então a rocha deve estar no lado mais jovem.

A técnica que acabamos de descrever é chamada de datação radiométrica. Esse é o ato de usar taxas de decaimento bem documentadas de isótopos instáveis ​​para estimar a idade de amostras de rochas e formações geológicas. Os paleontólogos aproveitam esta estratégia para determinar quanto tempo decorreu desde que um determinado fóssil foi depositado. (Embora nem sempre seja possível datar o espécime diretamente.)

Você não precisa ser um fã de pré-história para apreciar isótopos. Os médicos usam algumas das variedades radioativas para monitorar o fluxo sanguíneo, estudar o crescimento ósseo e até mesmo combater o câncer. Os radioisótopos também têm sido utilizados para fornecer aos agricultores informações sobre a qualidade do solo.

Então aí está. Algo aparentemente tão abstrato como a variabilidade dos nêutrons afeta tudo, desde o tratamento do câncer até os mistérios do tempo profundo. A ciência é incrível.

Perguntas Frequentes

O que são isótopos com exemplos?

Um isótopo é um átomo de um elemento que possui um número de nêutrons diferente de outros átomos desse elemento. Exemplos de isótopos incluem hidrogênio-1 (prótio), carbono-12 (C-12) e carbono-14 (C-14).