Você deve ter ouvido que os átomos representam o menor pedaço possível de qualquer tipo particular de matéria. Se você tivesse a sorte de ter um tijolo de meio quilo do elemento ouro (Au), poderia dividi-lo em pedaços cada vez menores até ficar com apenas átomos de ouro; outras divisões são possíveis, mas nenhum dos componentes resultantes é particular do ouro.
A tabela periódica de elementos inclui 118 tipos individuais de átomos (ou seja, elementos), todos com um número único de prótons e elétrons e um número semelhante de nêutrons. Mas quão pequena é essa entidade infinitesimalmente pequena? Existe uma maneira de relacionar o tamanho de um átomo ao raio de qualquer coisa em sua própria experiência?
Quais são as partes de um átomo?
Todos os átomos contêm pelo menos um próton, com o número do próton determinando a identidade de um elemento. Um elemento tem um número atômico, o identificador único associado ao número do próton e com um símbolo de uma ou duas letras (por exemplo, Ca para cálcio, elemento número 20 na tabela periódica).
No estado neutro e não carregado, cada átomo tem o mesmo número de elétrons como faz com os prótons. Elementos começando com hélio também contêm uma série de nêutrons semelhante e geralmente ligeiramente acima do número de prótons. Variantes de elementos com diferentes números de nêutrons são chamados de isótopos.
Prótons são cargas negativas e são agrupados com nêutrons para formar o núcleo atômico. Enquanto isso, os elétrons carregados negativamente se movem a distâncias consideráveis do núcleo em relação ao tamanho total do átomo, como você verá em detalhes.
Quais forças determinam o tamanho atômico?
Os átomos são caracterizados por sua vasta quantidade de espaço desocupado, o que é uma observação aparentemente bizarra sobre algo já tão minúsculo. O raio atômico é normalmente definido como a distância do centro do núcleo ao mais externo elétron orbital. Nesse sentido, um átomo pode ser representado graficamente como circular, com o núcleo no centro e a camada de elétrons mais externa formando o arco do círculo.
Conforme você se move da esquerda para a direita ao longo de uma linha, o número do próton e o número do elétron aumentam em um a cada mudança no elemento. No entanto, como os elétrons são adicionados de forma dispersa, graças às regras de preenchimento elétron-orbital enquanto a carga positiva crescente o núcleo permanece concentrado em um pequeno espaço, os elétrons são puxados para mais perto do núcleo até os gases nobres no período 18 de cada fila.
Então, com um salto para a próxima linha, os elétrons mais externos dos átomos são encontrados em um nível de energia inteiramente novo, aumentando substancialmente o raio atômico. Em seguida, os raios diminuem ao longo da nova linha da tabela periódica, como antes.
Qual é o tamanho do núcleo atômico?
Não existe uma fórmula de raio atômico formal aplicável a todos os átomos, mas em átomos covalentemente ligados, o raio pode ser estimado dividindo a distância entre os núcleos atômicos por dois.
Os raios atômicos são geralmente determinados por experimentação e subtração. Se o raio de um átomo for conhecido (digamos, cálcio, cerca de 178 picômetros ou pm, igual a 1,78 10–10 m), e a distância entre os núcleos de uma molécula de seleneto de cálcio (CaSe) é 278 pm, você pode subtrair 178 de 278 para obter uma estimativa razoável do raio de um átomo de selênio (100 pm).
Em termos de analogias do mundo real, um tamanho clássico de uma comparação de átomo se relaciona a um estádio esportivo. O raio do núcleo em si é apenas sobre 1 × 10–15 m independentemente do elemento, e em um átomo típico, o elétron mais externo estaria próximo a um campo de futebol, ou cerca de 100 m.
Tabela de tamanhos de átomos
Consulte os Recursos para obter um gráfico que mostra os valores aproximados dos primeiros 86 elementos da tabela periódica. Estes variam de cerca de 40 pm para hidrogênio a cerca de 240 pm para césio.