Prótons

Você já deve ter ouvido falar que a matéria é constituída por átomos e que esses são consideradas as menores unidades, portanto indivisíveis. Contudo, existem entidades que são ainda menores do que os átomos, como os prótons, os elétrons e os nêutrons. A combinação dessas partículas resulta na formação de átomos com características que diferem entre si, refletindo em suas propriedades químicas e físicas.

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O que são os prótons?

A primeira partícula subatômica a ser identificada foi o elétron, seguida do próton e, por último, do nêutron. Por que essa identificação ocorreu nessa ordem? Se você pensou no fato de os elétrons se encontrarem em uma região mais externa do átomo, você está correto. Mas outros fatores também contribuíram para isso.

Os elétrons são cerca de 1840 vezes mais leves do que os prótons, contribuindo assim para que sua mobilidade (e, portanto, velocidade) seja maior. Por se encontrarem em uma região denominada de eletrosfera, que fica localizada a uma distância considerável do núcleo do átomo, fica mais fácil de removê-los dessa posição.

Os prótons foram identificados por Ernest Rutherford (1871-1937), em 1919, como resultado de seus trabalhos acerca do espalhamento de partículas Alfa sobre uma película de ouro. Naquela época, já se sabia que os raios Alfa eram constituídos por partículas. Esse fato se deve ao seu baixo poder de penetração e por conta do desvio sofrido por um feixe dessas partículas quando submetido a um campo elétrico e magnético. Ao sofrer desvio em direção a uma placa carregada negativamente, supôs-se que se tratava de um tipo de radiação com carga positiva.

Dessa forma, se as partículas Alfa forem lançadas na direção de uma carga ou um campo elétrico positivo, ocorrerá um desvio em sua trajetória. O efeito de repulsão entre as cargas iguais faz com que o feixe dessas partículas se direcione para o lado oposto do polo positivo. Tendo observado que certa quantidade dessas partículas sofria desvio ao atingir a lâmina de ouro, supôs-se que havia a presença de cargas positivas nos átomos que compunham esse material.

Ao estudar os efeitos da descarga de partículas Alfa provenientes de gases simples, Rutherford concluiu que os átomos de hidrogênio, comparados com outras espécies, apresentam estruturas nucleares mais simples. Por essa razão, ele propôs chamar a partícula fundamental (carga positiva) de “próton”. Do grego protos, o termo significa “primeiro”. Essa sugestão tinha como base o fato de os demais núcleos atômicos serem derivados do núcleo do hidrogênio, ou seja, em todos, há prótons.

Características

Assim como o elétron, o próton também apresenta alguns aspectos que o distingue de outras partículas e contribui para que os átomos tenham propriedades diferentes quando constituídos por quantidades diferentes desse componente nuclear. Das características mais importantes, destacam-se:

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• Valor de massa: como toda matéria presente no universo, os prótons também apresentam massa, que corresponde ao valor de 1,66054 x 10^-24 g. Tendo em vista que é mais complicado trabalhar com números de ordem muito pequena, para facilitar o trabalho foi adotada a unidade de massa atômica, representada por u. O valor da massa do próton nessa unidade é 1,0073 u.
• Massa relativa: esse valor se trata de uma comparação com a massa de outros componentes que constituem o átomo. A massa do próton é praticamente a mesma em comparação à massa do nêutron, pois a massa do primeiro corresponde a 1,0073 u e a massa do segundo equivale a 1,0087 u. Já em relação ao elétron, essa diferença é bem grande, pois o valor da massa do elétron é de 5,486 x 10^-4 u. Assim, dividindo 1,0073 por 5,486 x 10^-4 tem-se aproximadamente 1,836, sendo essa a quantidade de vezes que a massa do próton é superior à massa do elétron.
• Carga elétrica: para conseguir atrair os elétrons, os prótons devem apresentar carga elétrica que seja igual à do elétron, mas apresente sinal contrário, de modo que haja uma interação entre ambas as partículas. Essa carga tem o valor de +1,602 x 10^-19 C sendo chamada de carga eletrônica. Por convenção, essa carga é expressa na forma de um múltiplo inteiro dessa carga, adotada como +1.
• Propriedades químicas: está relacionada às diferentes quantidades de prótons no núcleo de cada átomo, resultando em características diferentes como reatividade, densidade, radioatividade, energias de ionização, eletronegatividade etc. A quantidade de prótons presentes no núcleo de um átomo é representada por meio de um índice inferior do lado esquerdo do símbolo do elemento químico, denominado de número atômico (Z). Por exemplo, no caso do elemento de número atômico 6, o carbono, representado como ₆C.
• Classificação dos elementos: a tabela periódica atual se organiza em função do aumento crescente do número atômico. Por esse motivo, é possível identificar um padrão de repetição nas propriedades físicas e químicas dos elementos, permitindo que sejam agrupados em relação a essas características.

Essas informações, além de serem importantes para se compreender o próprio núcleo atômico, também são úteis para determinar se alguns átomos são isótopos (que apresentam o mesmo número de prótons), isótonos (contém o mesmo número de nêutrons) ou isóbaros (apresentam o mesmo número de massa atômica). Nos parágrafos seguintes são discutidos mais alguns aspectos importantes sobre essas partículas.

Prótons, elétrons e nêutrons

A associação entre prótons, nêutrons e elétrons compõem o conjunto completo da obra, isto é, o átomo. Imagine se essas partículas com características tão diferentes não existissem. A vida não seria possível! Átomos de diferentes elementos também não existiriam e a contribuição das diferenças (e algumas vezes semelhanças) entre essas espécies não se faria presente, impossibilitando assim a existência do universo tal qual o conhecemos.

A interação entre prótons e elétrons ocorre por meio de atração eletrostática em decorrência das diferenças entre os sinais das cargas elétricas dessas duas partículas. A lei de Coulomb estabelece que a força de atração entre duas cargas de sinais opostos é proporcional ao valor de uma constante (k) que multiplica o produto das cargas elétricas das partículas (Q₁ e Q₂), pelo inverso do quadrado da distância. Essa lei é representada como: F = k.Q₁.Q₂/d². Sendo assim, quanto maior for a distância entre as partículas, menor será a força de atração mútua.

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Graças a essa atração próton-elétron, há uma região do núcleo do átomo em que se encontram apenas elétrons orbitando. Essa área é denominada de eletrosfera e é nela, mais especificamente nas últimas camadas, que ocorrem as ligações químicas, possibilitando, assim, a formação de uma infinidade de compostos químicos. Portanto, é na eletrosfera que ocorrem as mudanças que os químicos e químicas tanto procuram para os compostos em geral.

A essa altura, talvez duas coisas ainda não façam tanto sentido. Por que os prótons do núcleo não repelem, fazendo com que o núcleo deixe de existir? Qual é a contribuição dos nêutrons, tendo em vista que não possuem carga elétrica? As respostas para essas perguntas estão conectadas. Para que o núcleo se torne estável, a presença dos nêutrons é essencial, pois são eles que atuam na manutenção do equilíbrio nuclear, minimizando o efeito de repulsão entre os prótons. Dessa forma, foi proposto um novo tipo de força que atua diretamente no núcleo dos átomos e recebeu o nome de força nuclear forte, pois atua em pequenas distâncias, exercendo grande coesão entre as partículas nucleares, chamadas também de núcleons.

Além disso, os nêutrons também contribuem para a massa total do núcleo, que consiste na soma da quantidade de prótons mais a quantidade de nêutrons, representada pela letra A. Assim, A = Z + N, em que N corresponde à quantidade de nêutrons presentes. Um núcleo que contém 6 prótons e 6 nêutrons possui massa igual a 12 u, representado como ₆¹²C.

Vídeos ilustrativos sobre as características dos prótons e atuação na constituição dos átomos

Logo abaixo, seguem alguns vídeos explicativos que apresentam algumas representações do átomo e de suas partículas constituintes (como os prótons), incluindo sua associação com as demais partículas atômicas.

O próton e o elétron como você nunca viu

Ideal para quem tem pressa, nesse vídeo são apresentados alguns conceitos básicos sobre prótons e elétrons de forma contextualizada. Por se tratar de uma partícula muito pequena, no vídeo são apresentadas algumas comparações com objetos e distâncias das quais estamos familiarizados, como a distância percorrida em uma maratona, a distância percorrida por um carro de fórmula 1 e também em relação às massas do próton e do elétron.

Estrutura atômica: prótons, nêutrons e elétrons

Discussão um pouco mais aprofundada a respeito da estrutura de um átomo. O professor demonstra como representar a massa atômica e o número atômico de um elemento químico, como determinar a quantidade de nêutrons no núcleo atômico por meio da relação entre a massa e o número atômico, e em como determinar a quantidade de elétrons desse átomo.

Cargas elétricas e as diferenças nas partículas dos átomos

Esse vídeo apresenta didaticamente os constituintes do átomo, como eletrosfera e núcleo atômico, além de quais são as partículas presentes nessas regiões. Explica ainda o motivo de o átomo se manter estável, sendo em função do efeito de atração entre as cargas elétricas dos prótons (positivos) e dos elétrons (negativos), e como os nêutrons contribuem para evitar a repulsão entre os prótons. O vídeo também descreve o motivo pelo qual os elétrons não se chocam contra o núcleo, sendo devido ao seu valor de massa ser extremamente pequeno e à velocidade com que giram em torno do núcleo.

Prótons, Nêutrons e Elétrons

Com resumo completo a respeito das partículas atômicas e suas características, o professor apresenta os conceitos de forma bem simples, mas sem comprometer a qualidade e a compreensão. São feitas comparações entre a massas das partículas atômicas e se constata que a massa do próton é semelhante à massa do nêutron e ambos são mais pesados do que o elétron. Dois conceitos importantes explorados no vídeo consistem nas massas de repouso e relativa, que se referem à massa que a partícula apresenta quando se encontra parada e em movimento (em altas velocidades).

Revisando os conceitos: o próton consiste em uma partícula de carga positiva que compõe o núcleo atômico com os nêutrons e são eles que estabelecem as características químicas e físicas de um elemento. Sendo mais pesado do que o elétron, a massa do átomo consiste em praticamente a massa do núcleo atômico, que corresponde à soma das quantidades de prótons e nêutrons presentes. Para compreender mais sobre o assunto, leia mais sobre átomos.

Referências