Calculadora de Átomos
Calcule o número de prótons, nêutrons e elétrons em qualquer átomo ou íon. Determine a massa atômica, número de massa, cargas de íons, explore isótopos e pesquise qualquer elemento na tabela periódica.
Como calcular prótons, nêutrons e elétrons?
Cada átomo é composto por três partículas subatômicas: prótons (positivos), nêutrons (neutros) e elétrons (negativos). Veja como encontrar cada um:
- Prótons: Igual ao número atômico (Z) — encontrado na tabela periódica
- Nêutrons: Número de massa (A) menos número atômico (Z): N = A - Z
- Elétrons: Em átomos neutros, igual aos prótons. Em íons: Elétrons = Z - Carga
O carbono-12 possui 6 prótons, 6 nêutrons e 6 elétrons. É um isótopo estável representando 98,9% do carbono natural.
A massa atômica calculada é aproximadamente 12,000 u. A massa real pode diferir ligeiramente devido à energia de ligação (defeito de massa).
O íon sódio (Na⁺) perdeu 1 elétron e possui 10 elétrons com 11 prótons. Isso cria uma carga +1 e o torna isoeletrônico com o neônio.
📊 Os 20 primeiros elementos
| Z | Símbolo | Nome | Massa | Elétrons |
|---|---|---|---|---|
| 1 | H | Hidrogênio | 1,008 | 1 |
| 2 | He | Hélio | 4,003 | 2 |
| 3 | Li | Lítio | 6,941 | 3 |
| 4 | Be | Berílio | 9,012 | 4 |
| 5 | B | Boro | 10,81 | 5 |
| 6 | C | Carbono | 12,01 | 6 |
| 7 | N | Nitrogênio | 14,01 | 7 |
| 8 | O | Oxigênio | 16,00 | 8 |
| 9 | F | Flúor | 19,00 | 9 |
| 10 | Ne | Neônio | 20,18 | 10 |
| 11 | Na | Sódio | 22,99 | 11 |
| 12 | Mg | Magnésio | 24,31 | 12 |
| 13 | Al | Alumínio | 26,98 | 13 |
| 14 | Si | Silício | 28,09 | 14 |
| 15 | P | Fósforo | 30,97 | 15 |
| 16 | S | Enxofre | 32,07 | 16 |
| 17 | Cl | Cloro | 35,45 | 17 |
| 18 | Ar | Argônio | 39,95 | 18 |
| 19 | K | Potássio | 39,10 | 19 |
| 20 | Ca | Cálcio | 40,08 | 20 |
As massas atômicas são médias em unidades de massa atômica (u). Fonte: IUPAC 2021.
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Escolha "Estrutura Atômica" para encontrar prótons/nêutrons/elétrons, "Massa Atômica" para cálculos de massa, "Calculadora de Íons" para átomos carregados, ou "Buscar Elemento" para explorar a tabela periódica.
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Digite o número atômico (Z), número de massa (A) e carga se aplicável. Use os exemplos rápidos para átomos comuns como Carbono-12 ou Oxigênio-16.
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🔬 O que é um átomo?
Um átomo é a menor unidade de matéria que conserva todas as propriedades químicas de um elemento. A palavra "átomo" vem do grego "atomos", significando indivisível, embora hoje saibamos que os átomos são compostos por partículas ainda menores chamadas partículas subatômicas.
📌 Definição Chave
Um átomo é composto por três tipos de partículas subatômicas:
- Prótons (p⁺): Carga positiva, localizados no núcleo, massa ≈ 1,007 u
- Nêutrons (n⁰): Sem carga (neutros), localizados no núcleo, massa ≈ 1,009 u
- Elétrons (e⁻): Carga negativa, orbitam ao redor do núcleo, massa ≈ 0,00055 u
Estrutura de um átomo
Os átomos têm duas regiões principais: o núcleo atômico no centro, que contém prótons e nêutrons (coletivamente chamados de núcleons), e a eletrosfera ao redor do núcleo onde estão localizados os elétrons.
Núcleo Atômico
Contém 99,9% da massa do átomo. Composto por prótons e nêutrons unidos pela força nuclear forte.
Eletrosfera
Região onde os elétrons provavelmente se encontram. Os elétrons ocupam níveis de energia chamados camadas e orbitais.
Prótons definem a identidade
O número de prótons determina qual elemento é um átomo. O carbono sempre tem 6 prótons; o oxigênio sempre tem 8.
Neutralidade Elétrica
Em átomos neutros, prótons = elétrons, equilibrando cargas positivas e negativas. Os íons têm quantidades desiguais.
🔢 Número Atômico vs Número de Massa
Dois números fundamentais definem cada átomo: o número atômico (Z) e o número de massa (A). Entender a diferença entre eles é essencial para cálculos químicos.
🔵 Número Atômico (Z)
- Número de prótons no núcleo
- Define qual elemento é o átomo
- Encontrado na tabela periódica
- Nunca muda para um elemento específico
- Exemplo: Todos os átomos de carbono têm Z = 6
🟢 Número de Massa (A)
- Total de prótons + nêutrons
- Varia entre isótopos
- Sempre um número inteiro
- Escrito como sobrescrito (ex: ¹²C)
- Exemplo: Carbono-12 tem A = 12; Carbono-14 tem A = 14
Fórmulas Importantes
Onde: A = Número de massa, Z = Número atômico (prótons), N = Número de nêutrons
Reorganizada para calcular nêutrons: Nêutrons = Número de massa - Número atômico
💡 Exemplo: Ferro-56
Dado: O ferro (Fe) tem número atômico 26, e estamos considerando o isótopo Ferro-56
- Prótons: Z = 26 (da tabela periódica)
- Número de massa: A = 56 (dado)
- Nêutrons: N = A - Z = 56 - 26 = 30 nêutrons
- Elétrons: 26 (igual aos prótons para átomo neutro)
☢️ Entendendo os Isótopos
Isótopos são átomos do mesmo elemento que têm o mesmo número de prótons mas diferente número de nêutrons. Isso significa que eles têm o mesmo número atômico mas diferente número de massa.
Por que os isótopos são importantes
- Mesmas propriedades químicas (mesmo número de elétrons)
- Diferentes propriedades físicas (massas diferentes)
- Alguns isótopos são estáveis; outros são radioativos
- Usados em medicina, datação e pesquisa
Exemplos de isótopos comuns
| Elemento | Isótopo | Prótons | Nêutrons | Estabilidade | Uso |
|---|---|---|---|---|---|
| Hidrogênio | ¹H (Prótio) | 1 | 0 | Estável | Forma mais comum |
| Hidrogênio | ²H (Deutério) | 1 | 1 | Estável | Água pesada, RMN |
| Hidrogênio | ³H (Trítio) | 1 | 2 | Radioativo | Pesquisa de fusão |
| Carbono | ¹²C | 6 | 6 | Estável | 98,9% do carbono |
| Carbono | ¹³C | 6 | 7 | Estável | Espectroscopia RMN |
| Carbono | ¹⁴C | 6 | 8 | Radioativo | Datação por radiocarbono |
| Urânio | ²³⁵U | 92 | 143 | Radioativo | Combustível nuclear |
| Urânio | ²³⁸U | 92 | 146 | Radioativo | 99,3% do urânio |
Notação de Isótopos
Isótopos são escritos no formato AZX, onde A é o número de massa, Z é o número atômico e X é o símbolo do elemento. Como Z é redundante (o símbolo indica o elemento), frequentemente é omitido: ¹⁴C ou Carbono-14.
🔌 Íons: Átomos Carregados
Um íon é um átomo ou molécula que ganhou ou perdeu um ou mais elétrons, adquirindo assim uma carga elétrica líquida. Diferente de átomos neutros onde prótons igualam elétrons, os íons têm um desequilíbrio.
➕ Cátions (Íons Positivos)
- Se formam quando átomos perdem elétrons
- Prótons > Elétrons
- Tipicamente metais (Na⁺, Ca²⁺, Fe³⁺)
- Atraídos por eletrodos negativos
- Frequentemente alcançam configuração de gás nobre
➖ Ânions (Íons Negativos)
- Se formam quando átomos ganham elétrons
- Elétrons > Prótons
- Tipicamente não-metais (Cl⁻, O²⁻, N³⁻)
- Atraídos por eletrodos positivos
- Completam sua camada de valência
Calculando elétrons em íons
Exemplos:
- Na⁺: 11 prótons - (+1) carga = 10 elétrons
- Cl⁻: 17 prótons - (-1) carga = 18 elétrons
- Ca²⁺: 20 prótons - (+2) carga = 18 elétrons
- O²⁻: 8 prótons - (-2) carga = 10 elétrons
Espécies Isoeletrônicas
Espécies isoeletrônicas são átomos ou íons com o mesmo número de elétrons. Por exemplo, Ne, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, F⁻, O²⁻ e N³⁻ todos têm 10 elétrons e são isoeletrônicos com o neônio.
| Espécie | Prótons | Elétrons | Carga | Isoeletrônico com |
|---|---|---|---|---|
| Na⁺ | 11 | 10 | +1 | Neônio (Ne) |
| Mg²⁺ | 12 | 10 | +2 | Neônio (Ne) |
| F⁻ | 9 | 10 | -1 | Neônio (Ne) |
| O²⁻ | 8 | 10 | -2 | Neônio (Ne) |
| K⁺ | 19 | 18 | +1 | Argônio (Ar) |
| Cl⁻ | 17 | 18 | -1 | Argônio (Ar) |
⚡ Configuração Eletrônica
A configuração eletrônica descreve como os elétrons são distribuídos entre os diferentes orbitais atômicos de um átomo. Entender a configuração eletrônica é essencial para prever comportamento químico e ligações.
📌 Princípio de Aufbau
Os elétrons preenchem orbitais começando pelo nível de energia mais baixo. A ordem de preenchimento é:
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p
Capacidade dos Orbitais
Orbitais s
Forma esférica. Cada subcamada s comporta 2 elétrons. Um orbital por subcamada.
Orbitais p
Forma de haltere. Cada subcamada p comporta 6 elétrons. Três orbitais por subcamada.
Orbitais d
Formas complexas. Cada subcamada d comporta 10 elétrons. Cinco orbitais por subcamada.
Orbitais f
Formas muito complexas. Cada subcamada f comporta 14 elétrons. Sete orbitais por subcamada.
Exemplos de Configuração Eletrônica
| Elemento | Z | Configuração Completa | Notação Gás Nobre | e⁻ Valência |
|---|---|---|---|---|
| Hidrogênio | 1 | 1s¹ | 1s¹ | 1 |
| Carbono | 6 | 1s² 2s² 2p² | [He] 2s² 2p² | 4 |
| Oxigênio | 8 | 1s² 2s² 2p⁴ | [He] 2s² 2p⁴ | 6 |
| Sódio | 11 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ | [Ne] 3s¹ | 1 |
| Cloro | 17 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ | [Ne] 3s² 3p⁵ | 7 |
| Ferro | 26 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶ | [Ar] 4s² 3d⁶ | 2 (ou 8) |
⚠️ Exceções às Regras
Alguns elementos têm configurações eletrônicas inesperadas devido à estabilidade de orbitais d semi-preenchidos ou completamente preenchidos:
- Cromo (Z=24): [Ar] 4s¹ 3d⁵ (não 4s² 3d⁴)
- Cobre (Z=29): [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ (não 4s² 3d⁹)
⚖️ Massa Atômica: Cálculo e Conceitos
A massa atômica (também chamada de peso atômico) é a massa de um átomo, tipicamente expressa em unidades de massa atômica (u) ou Daltons (Da). Entender a diferença entre massa atômica e número de massa é crucial para a química.
Número de Massa (A)
- Apenas números inteiros
- Simplesmente conta prótons + nêutrons
- Específico para um isótopo
- Exemplo: Carbono-12 tem A = 12
Massa Atômica
- Valor decimal preciso
- Considera energia de ligação
- Média de todos os isótopos (ponderada)
- Exemplo: Massa atômica do carbono = 12,011 u
Calculando Massa Atômica
Onde:
- mp = Massa do próton = 1,007276 u
- mn = Massa do nêutron = 1,008665 u
- me = Massa do elétron = 0,000549 u
Defeito de Massa e Energia de Ligação
A massa atômica real é ligeiramente menor que a soma de suas partes. Esta diferença é chamada de defeito de massa e corresponde à energia de ligação que mantém o núcleo unido (E = mc²).
💡 Exemplo: Defeito de Massa do Hélio-4
Massa esperada: 2(1,007276) + 2(1,008665) + 2(0,000549) = 4,032980 u
Massa real: 4,002602 u
Defeito de massa: 4,032980 - 4,002602 = 0,030378 u
Esta massa "faltante" se converteu em energia de ligação!
🔬 Propriedades das Partículas Subatômicas
Entender as propriedades de prótons, nêutrons e elétrons é fundamental para física atômica e química. Aqui está uma comparação completa:
| Propriedade | Próton (p⁺) | Nêutron (n⁰) | Elétron (e⁻) |
|---|---|---|---|
| Carga | +1 (+1,602×10⁻¹⁹ C) | 0 | -1 (-1,602×10⁻¹⁹ C) |
| Massa (u) | 1,007276 | 1,008665 | 0,000549 |
| Massa (kg) | 1,673×10⁻²⁷ | 1,675×10⁻²⁷ | 9,109×10⁻³¹ |
| Localização | Núcleo atômico | Núcleo atômico | Eletrosfera |
| Descoberto por | Rutherford (1917) | Chadwick (1932) | Thomson (1897) |
| Composição em Quarks | uud | udd | Partícula fundamental |
| Estabilidade (livre) | Estável | ~10 min de meia-vida | Estável |
📌 Fatos Importantes
- Prótons são ~1836 vezes mais pesados que elétrons
- Nêutrons são ligeiramente mais pesados que prótons (cerca de 0,14%)
- A massa do elétron é frequentemente desprezada em cálculos de massa atômica
- Nêutrons livres decaem por decaimento beta em prótons, elétrons e antineutrinos
❌ 6 Erros Comuns em Cálculos Atômicos
Até estudantes experientes cometem esses erros. Evite esses problemas comuns ao calcular propriedades atômicas:
Confundir Z e A
O número atômico (Z) conta apenas prótons. O número de massa (A) conta prótons + nêutrons. Lembre-se: Z define o elemento; A define o isótopo.
Sinal errado para íons
Elétrons = Z - Carga. Para Ca²⁺: 20 - (+2) = 18 elétrons. Para Cl⁻: 17 - (-1) = 18 elétrons. Atenção aos sinais!
Número de massa ≠ Massa atômica
Número de massa é um inteiro. Massa atômica é uma medida precisa que considera efeitos de energia de ligação e médias isotópicas.
Usar massa média para isótopos
Ao trabalhar com isótopos específicos (como C-14), use o número de massa, não a massa atômica média da tabela periódica.
Esquecer dos isótopos
O mesmo elemento pode ter diferentes números de nêutrons. Carbono-12 e carbono-14 são ambos carbono mas têm propriedades diferentes.
Ordem da configuração eletrônica
O 4s preenche antes do 3d! Siga o princípio de Aufbau cuidadosamente. Use a regra diagonal ou memorize a ordem.
🌍 Aplicações Práticas
Entender a estrutura atômica não é apenas acadêmico, tem aplicações cruciais em muitos campos:
🏥 Medicina e Saúde
- Imagem médica: Isótopos radioativos (Tc-99m, I-131) para exames PET e SPECT
- Tratamento de câncer: Radioterapia usando Co-60, Cs-137
- Diagnóstico: Traçadores radioativos para estudar função de órgãos
- RMN: Baseada no comportamento de núcleos de hidrogênio em campos magnéticos
🏛️ Arqueologia e Geologia
- Datação por carbono: O decaimento do C-14 mede idades de até 50.000 anos
- Datação de rochas: Datação K-Ar, Rb-Sr, U-Pb para escalas de tempo geológicas
- Ciência forense: Razões isotópicas revelam origem geográfica
⚡ Energia e Indústria
- Energia nuclear: Fissão de U-235 em reatores
- Pesquisa de fusão: Fusão de deutério e trítio
- Detectores de fumaça: Ionização por partículas alfa de Am-241
- Conservação de alimentos: Irradiação gama com Co-60
🔬 Pesquisa e Química
- Espectroscopia RMN: Usa isótopos específicos (¹H, ¹³C) para estrutura molecular
- Espectrometria de massa: Identifica compostos por massa atômica
- Estudos com traçadores: Rastreia vias bioquímicas com marcação isotópica
✅ Revisão de Especialistas e Fontes
Esta calculadora e o conteúdo que a acompanha foram desenvolvidos com base nos princípios estabelecidos da física atômica e química. Nossos métodos de cálculo se alinham com aqueles usados em instituições acadêmicas e padronizados por organizações científicas internacionais.
Metodologia
- Dados atômicos da IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada)
- Massas de partículas do NIST (Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia)
- Configurações eletrônicas segundo recomendações da IUPAC
- Dados da tabela periódica atualizados com os 118 elementos
Precisão
Os cálculos usam aritmética de ponto flutuante JavaScript. Massas atômicas são precisas segundo os Pesos Atômicos Padrão publicados pela IUPAC. Para aplicações científicas críticas, consulte fontes de literatura primária.
Esta ferramenta é projetada para fins educacionais. Para aplicações de pesquisa que requerem alta precisão, verifique resultados com bancos de dados autorizados.
📚 Fontes e Referências
- IUPAC Tabela Periódica dos Elementos
- NIST Pesos Atômicos e Composições Isotópicas
- PubChem Tabela Periódica
- Atkins, P.: Físico-Química, LTC Editora
- Manual da Química: Cálculo das Partículas Atômicas
❓ Perguntas Frequentes
Como encontrar o número de prótons em um átomo?
O número de prótons é igual ao número atômico (Z), que você pode encontrar na tabela periódica. Cada elemento tem um número atômico único. Por exemplo, o oxigênio sempre tem 8 prótons (Z=8), o ouro sempre tem 79 prótons (Z=79). O número atômico define qual elemento é um átomo.
Qual a diferença entre átomos e íons?
Átomos são eletricamente neutros: têm igual número de prótons e elétrons. Íons são átomos que ganharam ou perderam elétrons, dando-lhes uma carga líquida. Cátions são positivos (perderam elétrons); ânions são negativos (ganharam elétrons). Por exemplo, Na tem 11 prótons e 11 elétrons, mas Na⁺ tem 11 prótons e apenas 10 elétrons.
Por que isótopos têm massas diferentes?
Isótopos do mesmo elemento têm o mesmo número de prótons mas diferente número de nêutrons. Como nêutrons contribuem para a massa (≈1 u cada), mais nêutrons significam mais massa. Carbono-12 tem 6 nêutrons; carbono-14 tem 8 nêutrons, tornando-o cerca de 17% mais pesado.
Átomos podem não ter nêutrons?
Sim! O prótio (¹H), o isótopo mais comum do hidrogênio, tem 1 próton e 0 nêutrons. É o único átomo estável sem nêutrons. Elementos mais pesados precisam de nêutrons para estabilidade nuclear; sem eles, os prótons positivos se repeliriam e o núcleo se desintegraria.
Como os elétrons determinam propriedades químicas?
Propriedades químicas dependem dos elétrons de valência (camada externa). Elementos com configurações de elétrons de valência similares se comportam similarmente, é por isso que a tabela periódica é organizada em grupos. Sódio (1 elétron de valência) e potássio (1 elétron de valência) ambos formam facilmente íons +1.
O que são elétrons de valência?
Elétrons de valência são os elétrons na camada mais externa (de maior energia) de um átomo. Eles participam de ligações químicas. Para elementos do grupo principal, o número do grupo frequentemente iguala o número de elétrons de valência: Grupo 1 tem 1 elétron de valência, Grupo 17 tem 7 elétrons de valência.
📋 FAQ - Mais Perguntas
Use a fórmula: Nêutrons = Número de massa (A) - Número atômico (Z). Encontre o número atômico na tabela periódica e o número de massa na notação do isótopo (ex: o "14" em Carbono-14). Para ¹⁴C: 14 - 6 = 8 nêutrons.
A massa atômica é tipicamente expressa em unidades de massa atômica (u), onde 1 u = 1,66054×10⁻²⁷ kg. Um átomo de carbono-12 tem massa de exatamente 12 u por definição, ou aproximadamente 1,99×10⁻²⁶ kg. Para converter u em kg, multiplique por 1,66054×10⁻²⁷.
Em um átomo neutro, o número de elétrons é igual ao número de prótons (que é igual ao número atômico). Este equilíbrio de cargas positivas e negativas torna o átomo eletricamente neutro. O oxigênio (Z=8) tem 8 prótons e 8 elétrons quando neutro.
A estabilidade nuclear depende da razão nêutrons/prótons. Elementos leves são estáveis com N ≈ Z; elementos mais pesados precisam de mais nêutrons. A "faixa de estabilidade" mostra combinações estáveis. Muitos ou poucos nêutrons tornam átomos radioativos: eles decaem para alcançar configuração mais estável.
O número atômico (número de prótons) identifica unicamente cada elemento. Elementos são ordenados por número atômico crescente. Esta organização revela padrões periódicos nas propriedades: elementos na mesma coluna (grupo) têm comportamento químico similar porque têm o mesmo número de elétrons de valência.
A configuração eletrônica mostra como os elétrons são distribuídos nos orbitais (1s, 2s, 2p, etc.). Ela determina propriedades químicas e comportamento de ligação. Átomos com configurações de elétrons externos (valência) similares têm propriedades similares, é por isso que grupos da tabela periódica funcionam.
Sim! Quando um átomo perde elétrons, ele se torna um íon positivo (cátion) com mais prótons que elétrons. Por exemplo, Na⁺ tem 11 prótons mas apenas 10 elétrons. Metais comumente formam cátions cedendo seus elétrons de valência.
A notação completa do isótopo é ᴬ꜀X, onde A é o número de massa (sobrescrito), Z é o número atômico (subscrito) e X é o símbolo do elemento. Como Z é implícito pelo símbolo, frequentemente escrevemos apenas ᴬX ou Elemento-A. Exemplos: ¹⁴C, ²³⁵U, ou Carbono-14, Urânio-235.
A unidade de massa atômica (u), também chamada de Dalton (Da), é definida como exatamente 1/12 da massa de um átomo de carbono-12. Isso equivale a aproximadamente 1,66054×10⁻²⁷ kg. Usar u torna as massas em escala atômica números gerenciáveis em vez de valores decimais minúsculos.
A radioatividade ocorre quando um núcleo é instável devido a uma razão prótons/nêutrons desfavorável ou porque é muito grande. O núcleo emite espontaneamente partículas (alfa, beta) ou energia (raios gama) para se tornar mais estável. Todos os elementos com Z > 82 (chumbo) são radioativos.