Isótopos e massa atômica

A tabela periódica dá para o cloro cerca de 35.45, mas nenhum átomo de cloro pesa 35.45. Cada um é cloro-35 ou cloro-37.

Mesmo elemento, pesos diferentes

Os isótopos de um elemento têm o mesmo número de prótons e elétrons, então se comportam do mesmo jeito nas reações. Eles diferem só nos nêutrons, o que muda a massa. O hidrogênio mostra isso bem. O hidrogênio comum não tem nenhum nêutron. O deutério tem um e é cerca de duas vezes mais pesado. O trítio tem dois e é radioativo. O NIST mede 99.9885% do hidrogênio natural como o tipo comum e 0.0115% como deutério.

De onde vem o 35.45

A massa atômica impressa na tabela periódica é uma média de todos os átomos daquele elemento encontrados na natureza, ponderada pela abundância de cada isótopo. As massas são medidas em unidades de massa atômica, em que um átomo de carbono-12 vale exatamente 12. Para o cloro, o NIST dá ao cloro-35 massa 34.969 e participação de 75.76%, e ao cloro-37 massa 36.966 e participação de 24.24%.

Multiplique cada massa pela sua participação e some: 34.969 × 0.7576 + 36.966 × 0.2424 ≈ 26.49 + 8.96 ≈ 35.45. Como três em cada quatro átomos de cloro são do tipo mais leve, a média fica muito mais perto de 35 que de 37. A mesma conta para o carbono, 12 × 0.9893 + 13.003 × 0.0107, dá cerca de 12.011, e é por isso que o carbono aparece um pouco acima de 12.

Repare que as massas dos isótopos são próximas de números inteiros, mas não exatamente iguais a eles. O cloro-35 tem número de massa 35, uma simples contagem de 17 prótons e 18 nêutrons, mas sua massa medida é 34.969. Os números de massa são sempre inteiros, e as massas medidas não, porque prótons e nêutrons não valem exatamente 1 unidade cada e parte da massa é gasta para manter o núcleo unido.

O NIST não dá ao cloro uma massa atômica única. Ele dá um intervalo, de 35.446 a 35.457, porque a participação do cloro-37 varia um pouco entre amostras de lugares diferentes. No dia a dia, os químicos arredondam para 35.45. Alguns outros elementos, entre eles o hidrogênio e o carbono, aparecem com intervalos pelo mesmo motivo.

Isótopos instáveis

Alguns isótopos são instáveis e se transformam aos poucos em outros elementos, emitindo radiação. O carbono-14 é um deles. O NIST observa que metade de qualquer quantidade de carbono-14 vira nitrogênio-14 em 5730 anos. Esse ritmo constante se chama meia-vida. Os seres vivos absorvem carbono a vida inteira, incluindo uma parcela minúscula de carbono-14. Depois que morrem, o carbono-14 deixa de ser reposto e sua parcela cai pela metade a cada 5730 anos, então medir o que sobrou diz aos arqueólogos a idade de um osso, de uma semente ou de uma antiga fogueira.

A maioria dos isótopos que você encontra é estável. O carbono-12 e o carbono-13 nunca mudam sozinhos, nem os dois isótopos do cloro, nem o hidrogênio comum e o deutério. Dos oito isótopos da tabela acima (D é deutério e T é trítio; as participações são valores do NIST), só o trítio e o carbono-14 são radioativos.