Massa atômica média

RKA12MC – Bem-vindos a mais uma aula da Khan Academy Brasil. Nesta aula, vamos falar sobre a massa atômica média. O que eu sempre achei incrível sobre a Química é que ela é um campo da ciência que nós, seres humanos, desenvolvemos para entender o que acontece em uma escala quase inimaginavelmente pequena. Vamos pensar na escala atômica e até mesmo na escala subatômica. Olhando para essa escala, podemos começar a entender o Universo em que vivemos, a escala em que vivemos, e até mesmo sermos capazes de fazer previsões sobre o que vai acontecer, e fazer coisas que são úteis para os seres humanos. Então, se vamos operar nesta pequena escala, e vamos perceber quão pequena ela é, teremos algumas unidades de medida. E este vídeo vai focar na massa. Como medimos a massa em uma escala tão pequena? Para fazer isso, a comunidade química historicamente usou algo chamado de unidade de massa atômica. Vou escrever aqui: unidade de massa atômica. Esta unidade é historicamente denotada como AMU. Esta sigla está em inglês. E, mais recentemente, a versão mais moderna disso é a unidade de massa atômica unificada, que é expressa apenas por um “u”, em vez de AMU. Então, como uma unidade de massa atômica unificada se conecta às nossas unidades de massa que usamos em uma escala maior, como, por exemplo, gramas ou quilogramas? Bem, uma unidade de massa atômica unificada, um “u”, é definida como 1,660540 vezes 10 elevado a menos 27 quilogramas. Então, quando você vir algo assim, pode ter algumas reações. Sua primeira reação, que seria uma reação apropriada, é que 10 elevado a menos 27 é algo muito pequeno. Você poderia escrevê-lo. Seria, então, zero vírgula, e depois 26 zeros, e aí você teria 1660540. Isso é realmente muito pequeno, inimaginavelmente pequeno! Outra coisa que você pode pensar é que 1,660540 parece um pouco estranho. Então porque foi definido dessa forma? E a resposta à sua pergunta se torna muito mais clara quando pensamos sobre a massa de um átomo a partir da massa de seus constituintes, como próton ou nêutron. A grosso modo, as massas de um próton e de um nêutron são de aproximadamente uma unidade de massa atômica. Na verdade, um próton tem massa atômica um pouco maior que 1, cerca de 1,007 unidades de massa atômica. E isso é aproximado para 1. E o nêutron tem massa um pouco maior que a de um próton, cerca de 1,008 unidade de massa atômica unificada. Já a massa de um elétron é muito menor do que a de um próton e de um nêutron. Ela é quase dois milésimos da massa de um próton ou de um nêutron. Você pode imaginar que um átomo possui prótons, nêutrons e elétrons. Sendo assim, a massa do átomo é formada principalmente pela massa de prótons e nêutrons que estão no núcleo. E, se você souber o número de prótons e nêutrons que estão no núcleo, você terá uma boa noção da massa atômica do átomo. Você pode ver isso indicado em uma tabela periódica de elementos químicos como a que temos aqui. Estudaremos a tabela periódica em mais detalhes em outros vídeos, mas vamos ver alguns elementos. Aqui você tem um elemento químico. H representa hidrogênio. O número no topo desta tabela periódica é o número atômico e indica quantos prótons ele possui. Um elemento é definido pelo número de prótons, o que quer dizer que qualquer átomo que tenha exatamente um próton em seu núcleo será o hidrogênio. Qualquer átomo que tenha exatamente 20 prótons em seu núcleo será o cálcio. Qualquer átomo que tenha exatamente 36 prótons em seu núcleo será o criptônio. Então, qual seria massa de um átomo de hidrogênio? Sabemos que todos os átomos de hidrogênio, por definição, têm um próton, mas, na verdade, existem diferentes versões de hidrogênio que podem ter diferentes números de nêutrons. A maior parte do hidrogênio no Universo realmente não possui nêutrons, zero nêutrons. Mas existem versões que têm um ou dois nêutrons. porém a maioria, o que é cerca de 99,98% do hidrogênio no Universo, tem um próton e não possui nêutrons. E, se for um hidrogênio neutro, terá então um elétron. E, quando falamos sobre versões de um determinado elemento químico, existe uma denominação para isso. Elas são chamadas de isótopos. Todos os isótopos terão o mesmo número de prótons, justamente porque se referem ao mesmo elemento, mas terão diferentes números de nêutrons. Esta aqui é a forma mais comum de hidrogênio. Qual valor de massa você acha que ele tem? A sua massa será essencialmente a massa de um próton mais a massa de um elétron. Mas, a grosso modo, será só a massa de um próton porque a massa de um próton é muito maior do que a massa de um elétron. E, então, você esperaria que sua massa fosse aproximadamente uma unidade de massa atômica unificada. E, se você olhar precisamente para a massa de um próton e de um elétron, se você juntá-las, realmente obterá algo em torno de 1,008. E você realmente vê isso aqui na tabela periódica. Esse número, embora seja muito próximo da massa da versão de hidrogênio que acabei de escrever, ele, na verdade, é uma média ponderada das várias versões de hidrogênio. Seria, então, quase esta versão, já que esta é a que representa a maior parte do hidrogênio que realmente vemos ao nosso redor. Se, por exemplo, você tivesse duas versões de um elemento, algum elemento hipotético, e digamos que 80% do elemento que vemos é a versão 1, e esta versão tem uma massa de cinco unidades de massa atômica, e a versão 2, que é o restante (ou seja, 20% do que observamos desse elemento), tem massa de seis unidades de massa atômica, você obteria uma média ponderada destas massas de 5,2 unidades de massa atômica unificada. E é assim que esses números são calculados. Eles não são apenas a massa de um tipo daquele elemento, eles têm uma massa média ponderada dos vários isótopos do elemento. E, assim, esse número em uma tabela periódica é conhecido como massa atômica média. Em livros de Química mais antigos, esse número é chamado de número de peso atômico. Se você não sabe a diferença entre massa e peso, você aprenderá em algum momento no futuro. E verá que realmente estamos falando sobre a massa atômica média. Agora eu vou dar um pequeno detalhe que pode ser útil para você. Às vezes, você ouvirá algo chamado massa atômica relativa. Acontece que, na tabela periódica, não está escrito o “u” depois de cada um desses números. Essencialmente, esses números não têm unidade. Então, realmente estamos falando sobre a massa atômica relativa. Seria como, por exemplo, a massa de um átomo de carbono será cerca de 12 vezes maior do que em média a massa de um átomo de hidrogênio. Se eu colocassem unidades aqui, isso seria realmente a massa atômica média, Mas, para os nossos propósitos, conforme estudamos Química, você pode olhar esses números e dizer: Tudo bem! Se o oxigênio tem uma massa atômica relativa de 16, sua massa atômica média será de 16 unidades de massa atômica unificada. Ficamos por aqui. Espero que tenha entendido tudo sobre a nossa aula.