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2.6: Massa Atómica
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CONTEÚDO

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Chemistry

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Atomic Mass
 
TRANSCRIÇÃO

2.6: Massa Atómica

Os átomos — e os protões, neutrões, e eletrões que os compõem — são extremamente pequenos. Por exemplo, um átomo de carbono pesa menos de 2 × 10−23 g. Ao descrever as propriedades de pequenos objetos, como átomos, usamos unidades de medida adequadamente pequenas, como a unidade de massa atómica (amu). A amu foi originalmente definida com base no hidrogénio, o elemento mais leve, depois mais tarde em termos de oxigénio. Desde 1961, tem sido definida em relação ao isótopo mais abundante de carbono, cujos átomos têm massas de exatamente 12 amu. Assim, uma amu é exatamente 1/12 da massa de um átomo de carbono-12: 1 amu = 1,6605 × 10−24 g. O Dalton (Da) e a unidade de massa atómica unificada (u) são unidades alternativas que são equivalentes à amu. 

Como cada protão e cada neutrão contribuem aproximadamente uma amu para a massa de um átomo, e cada eletrão contribui muito menos, a massa atómica de um único átomo é aproximadamente igual ao seu número de massa (uma soma de número inteiro de protões e neutrões no átomo). Por exemplo, o número de massa de um único átomo de azoto é de 14 (7 protões e 7 neutrões). No entanto, as massas médias de átomos da maioria dos elementos não são números inteiros porque a maioria dos elementos existem naturalmente como misturas de dois ou mais isótopos. Isótopos são átomos do mesmo elemento com o mesmo número de protões, mas um número diferente de neutrões. A massa de um elemento apresentada em uma tabela periódica ou listada em uma tabela de massas atómicas é uma massa média ponderada de todos os isótopos presentes em uma amostra natural desse elemento. A massa média é igual à soma da massa de cada isótopo individual multiplicada pela sua abundância fracionária.

Eq1

Por exemplo, o elemento cloro (número atómico 17) é composto por dois isótopos: 35Cl e cloro 37Cl. Cerca de 75,78% de todos os átomos de cloro são 35Cl com uma massa de 34,969 amu, e os restantes 24,22% são 37Cl com uma massa de 36,966 amu. Calcula-se que a massa atómica média para o cloro seja:

Eq1

É importante perceber que nenhum átomo de cloro pesa exatamente 35,45 amu; este valor é a massa média de todos os átomos de cloro, e átomos de cloro individuais pesam aproximadamente 35 amu ou 37 amu. Além disso, como o cloro que ocorre naturalmente contém mais átomos 35Cl do que átomos 37Cl, a massa média ponderada de cloro está mais próxima de 35 amu do que de 37 amu.

A ocorrência e a abundância natural de isótopos podem ser determinadas experimentalmente usando um instrumento chamado espectrómetro de massa. A espectrometria de massa (MS) é amplamente utilizada em química, medicina forense, ciências ambientais, e muitos outros campos para analisar e ajudar a identificar as substâncias em uma amostra de material. Em um espectrómetro de massa típico, a amostra é vaporizada e exposta a um feixe de eletrões de alta energia que faz com que os átomos ou moléculas da amostra se tornem eletricamente carregados, perdendo normalmente um ou mais eletrões. Estes catiões passam então através de um campo magnético variável que deflecta o caminho de cada catião até à extensão que depende tanto da sua massa como da sua carga. Por fim, os iões são detectados, e um gráfico do número relativo de iões gerados versus suas relações massa-carga, um espectro de massa, é criado. A altura de cada característica vertical ou pico em um espectro de massa é proporcional à fração de catiões com a relação massa-carga especificada. Desde sua primeira utilização durante o desenvolvimento da teoria atómica moderna, a MS evoluiu para se tornar uma ferramenta poderosa para análise química em uma ampla gama de aplicações.

Texto adaptado de Openstax Chemistry 2e, Section 2.3: Atomic Structure and Symbolism.

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