Estrutura da Matéria - Faça o que se pede:
Estrutura elementar dos átomos: valor da carga e da massa do (i) elétron, (ii) do próton, (iii) do nêutron e (iv) da partícula alfa.
Estrutura elementar dos átomos: valor da carga e da massa do (i) elétron, (ii) do próton, (iii) do nêutron e (iv) da partícula alfa.
Passo 1
O enunciado pede, para cada uma das partículas abaixo, os valores da carga e da massa:
(i) elétron; (ii) próton; (iii) nêutron; (iv) partícula alfa.
Vou apresentar para cada uma: (A) a carga elétrica em coulombs e em múltiplos da carga elementar; (B) a massa em quilogramas e em unidades de massa atômica ( ). Esses são os dados que preciso fornecer.
(i) elétron; (ii) próton; (iii) nêutron; (iv) partícula alfa.
Vou apresentar para cada uma: (A) a carga elétrica em coulombs e em múltiplos da carga elementar; (B) a massa em quilogramas e em unidades de massa atômica (
Passo 2
Entendendo a carga elétrica básica (a “ferramenta” que vou usar).
- A carga elementar é a menor carga elétrica observada como carga de um próton (positiva) em módulo e do elétron (negativa) em módulo. A partir das definições do SI, a carga elementar tem valor exato
- Convenções de sinal que usarei: o elétron tem carga
, o próton tem carga , o nêutron tem carga , e a partícula alfa (núcleo de hélio, ) tem carga .
Isso já responde a parte “carga em múltiplos de”; depois eu multiplico por para obter coulombs.
Passo 3
Entendendo as massas e unidades.
- A unidade de massa atômica unificada
(uma massa atômica unificada) é conveniente para massas de partículas e átomos. Um valor prático que usarei é
- Vou dar as massas em quilogramas (SI) e também em
para facilitar comparação com tabelas químicas. Para converter massa em quilogramas para faço a divisão . Vou mostrar esse cálculo para cada partícula (passo a passo).
Passo 4
Elétron — carga e massa (explicação e contas).
- Carga: por convenção o elétron tem carga negativa igual a
vezes a carga elementar. Então
- Massa: valor aceito experimentalmente (CODATA) para a massa do elétron em quilogramas é
- Converter para
: divido por em kg:
Observação didática rápida: o elétron é muito leve comparado a prótons e nêutrons (cerca de
), por isso a massa de átomos é dominada pelos nucleons.
Passo 5
Próton — carga e massa (explicação e contas).
- Carga: o próton tem carga positiva igual a
:
- Massa: valor experimental (CODATA)
- Converter para
:
Comentário: o próton tem massa aproximadamente
, ligeiramente maior que
porque a definição de
é baseada no carbono-12.
Passo 6
Nêutron — carga e massa (explicação e contas).
- Carga: o nêutron é eletricamente neutro:
- Massa: valor experimental (CODATA)
- Converter para
:
Comentário: o nêutron é ligeiramente mais massivo que o próton; essa diferença tem papel em decaimentos e estabilidade nuclear.
Passo 7
Partícula alfa — carga e massa (explicação e contas).
- O que é a partícula alfa: é o núcleo do átomo de hélio-4 (
), composto por prótons e nêutrons. Portanto sua carga é
- Massa: experimentalmente a massa do núcleo de hélio-4 (partícula alfa) é conhecida; um valor prático é
- Converter para
:
Comentário didático: a massa do núcleo alfa é um pouco menor que a soma das massas de
prótons mais
nêutrons, porque parte da massa está “convertida” na energia de ligação nuclear (principio
). Por isso o valor é cerca de
, não exatamente
.
Passo 8
Resumo interpretativo rápido (para a prova).
- Quando pedirem “carga”, diga sempre o múltiplo de
(ex.: , , , ) e também apresente em coulombs usando . - Quando pedirem “massa”, é útil dar em quilogramas (SI) e em
; para converter use e faça a divisão mostrada acima. - Se faltar tempo na prova, memorizar ordens de grandeza ajuda:
, , , .
Resposta
(i) elétron: carga
;\quad massa
(ii) próton: carga ;\quad massa
(iii) nêutron: carga ;\quad massa
(iv) partícula alfa: carga ;\quad massa
(ii) próton: carga
(iii) nêutron: carga
(iv) partícula alfa: carga