O átomo de carbono-14 ( { }^{14} \mathrm{C} ) possui \mathrm{Z}=6. Quantos prótons, elétrons e nêutrons ele tem? 4. A massa atômica do cloro é aproximadamente 35,5 u. Explique por que não é um número inteiro.
Passo 1
O enunciado faz duas perguntas e dá estes dados:
Pergunta 1: Para o átomo de carbono-14 ({}^{14}\mathrm{C}) com Z=6, quantos prótons, elétrons e nêutrons ele tem?
Pergunta 2: A massa atômica do cloro é aproximadamente 35{,}5\\ \mathrm{u}. Por que esse valor não é um número inteiro?
Informações fornecidas:
Para {}^{14}\mathrm{C}: o número de massa é A=14 (isso aparece no expoente do símbolo {}^{14}\mathrm{C}) e o número atômico é Z=6 (dado).
Para o cloro: a massa atômica média é dada como aproximadamente 35{,}5\\ \mathrm{u}.
Passo 2
Explicação das definições que vamos usar (sem resolver ainda):
O número atômico Z é o número de prótons no núcleo de um átomo. Cada próton tem carga positiva.
O número de massa A é o total de partículas nucleares (prótons + nêutrons) no núcleo.
O número de nêutrons N é dado por
N = A - Z,
porque A conta prótons e nêutrons e Z conta só os prótons.
Num átomo eletricamente neutro, o número de elétrons é igual ao número de prótons, isto é, elétrons =\!Z. (Se o átomo fosse ionizado isso mudaria, mas o enunciado usualmente assume átomo neutro.)
Passo 3
Aplicando as definições ao {}^{14}\mathrm{C}:
Sabemos que A=14 e Z=6.
Número de prótons: como Z=6, o átomo tem \;6 prótons.
Número de nêutrons: usar N=A-Z. Então
N = 14 - 6 = 8,
logo são \;8 nêutrons.
Número de elétrons (assumindo átomo neutro): elétrons =Z=6. Portanto são \;6 elétrons.
Resumo dos cálculos em fórmulas:
\text{prótons} = Z = 6, \qquad \text{nêutrons} = A-Z = 14-6 = 8, \qquad \text{elétrons (neutro)} = Z = 6.
Passo 4
Agora vamos entender por que a massa atômica do cloro é aproximadamente 35{,}5\\ \mathrm{u} e não um inteiro.
Conceito chave: elementos químicos podem ter isótopos — átomos com o mesmo Z (mesmo número de prótons) mas diferentes A (diferente número de nêutrons). Cada isótopo tem uma massa atômica (próxima de um inteiro, mas nem exatamente).
A massa atômica que aparece nas tabelas (como 35{,}5\\ \mathrm{u} para o cloro) é a massa atômica média ponderada das massas dos isótopos naturais, onde cada massa isotópica é multiplicada pela sua fração natural (abundância) e somadas:
\overline{M}=\sum_{i} f_i M_i,
onde f_i é a fração (entre 0 e 1) do isótopo i e M_i é a massa desse isótopo em unidades de massa atômica \mathrm{u}.
Passo 5
Aplicando isso ao cloro (explicação com números aproximados):
O cloro tem dois isótopos principais na natureza: {}^{35}\mathrm{Cl} e {}^{37}\mathrm{Cl}.
Suas abundâncias naturais aproximadas são f_{35}\approx0{,}7577 e f_{37}\approx0{,}2423 (essas somam 1). As massas atômicas dos isótopos (valores experimentais) são aproximadamente M(^{35}\mathrm{Cl})\approx34{,}9689\\ \mathrm{u} e M(^{37}\mathrm{Cl})\approx36{,}9659\\ \mathrm{u}.
Essa média ponderada é o motivo principal de a massa atômica natural do cloro não ser um número inteiro: é uma mistura de isótopos com massas diferentes.
Passo 6
Observação extra (por que as massas isotópicas também não são números inteiros):
Mesmo a massa de um isótopo individual não coincide exatamente com o número inteiro A. Há uma pequena diferença chamada “defeito de massa”: a massa do núcleo é menor que a soma das massas dos prótons e nêutrons isolados, porque parte da massa foi convertida em energia de ligação nuclear (via E=mc^2). Por isso os M_i não são inteiros exatos, e isso contribui (em pequena escala) para o valor final não inteiro.
Mas, de forma prática e dominante no caso do cloro, o motivo da média ser 35{,}5\\ \mathrm{u} é a mistura natural dos isótopos {}^{35}\mathrm{Cl} e {}^{37}\mathrm{Cl}.
Resposta
Prótons: 6
Elétrons (átomo neutro): 6
Nêutrons: 8
Porque a massa atômica reportada (35{,}5\\ \mathrm{u}) é a média ponderada das massas dos isótopos naturais do cloro (principalmente {}^{35}\mathrm{Cl} e {}^{37}\mathrm{Cl}), e as massas isotópicas não são inteiros exatos devido ao defeito de massa.