Os núcleos dos átomos são constituídos de prótons e nêutrons, sendo ambos os principais responsáveis pela sua massa. Nota-se que, na maioria dos núcleos, essas partículas não estão presentes na mesma proporção. O gráfico mostra a quantidade de nêutrons (N) em função da quantidade de prótons (Z) para os núcleos estáveis conhecidos.
O antimônio é um elemento químico que possui 50 prótons e possui vários isótopos ― átomos que só se diferem pelo número de nêutrons. De acordo com o gráfico, os isótopos estáveis do antimônio possuem
A) entre 12 e 24 nêutrons a menos que o número de prótons.
B) exatamente o mesmo número de prótons e nêutrons.
C) entre 0 e 12 nêutrons a mais que o número de prótons.
D) entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons.
E) entre 0 e 12 nêutrons a menos que o número de prótons.
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Ciências da Natureza (Química: Estrutura Atômica, Isótopos, Núcleos Estáveis; Física: Física Nuclear), Interpretação de Gráficos.
Tema/Objetivo Geral:
Interpretação de um gráfico de estabilidade nuclear (N x Z) para determinar a proporção de nêutrons em relação a prótons para isótopos estáveis de um elemento específico, aplicando a definição de isótopos.
Nível da Questão
Médio. Esta questão é de nível médio porque exige a interpretação precisa de um gráfico bidimensional que representa a relação entre número de nêutrons (N) e número de prótons (Z) para núcleos estáveis. É necessário localizar o elemento específico (antimônio, Z=50) no gráfico e, a partir da faixa de nêutrons de seus isótopos estáveis, calcular a diferença em relação ao número de prótons.
Gabarito
A alternativa correta é a D. Ela está correta porque, ao localizar o número de prótons Z=50 (antimônio) no eixo horizontal do gráfico, e observar a faixa dos núcleos estáveis (os quadrados), vemos que o número de nêutrons N varia aproximadamente de 62 a 74. Comparando com o número de prótons (50), isso significa que esses isótopos possuem entre 12 (62-50) e 24 (74-50) nêutrons a mais que o número de prótons.
Resolução Passo a Passo
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Transcrição Essencial
“O antimônio é um elemento químico que possui 50 prótons e possui vários isótopos — átomos que só se diferem pelo número de nêutrons. De acordo com o gráfico, os isótopos estáveis do antimônio possuem”
O que está sendo pedido?
O comando nos pede para, de acordo com o gráfico, determinar a quantidade de nêutrons que os isótopos estáveis do elemento antimônio (que possui 50 prótons) possuem, em comparação com o número de prótons.
Objetivo Cristalino
Nosso objetivo é usar o gráfico para encontrar a faixa de número de nêutrons (N) correspondente ao número de prótons (Z) do antimônio (Z=50) para os núcleos estáveis, e então calcular a diferença entre N e Z.
Pergunta de Atenção
Você se lembra que isótopos têm o mesmo número de prótons, mas diferente número de nêutrons? O que o gráfico nos mostra sobre qual a “mistura” ideal de prótons e nêutrons para um núcleo ser estável, especialmente para elementos mais pesados?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
Vamos revisar os conceitos chave para entender o gráfico:
| Conceito | Explicação Simples e Fácil | Como se aplica ao Gráfico |
| Prótons (Z) | Partículas com carga positiva no núcleo do átomo. O número de prótons (número atômico, Z) define o elemento químico. | Eixo horizontal do gráfico: ‘Número de prótons (Z)’. |
| Nêutrons (N) | Partículas sem carga no núcleo do átomo. Junto com os prótons, são responsáveis pela massa do núcleo. | Eixo vertical do gráfico: ‘Número de nêutrons (N)’. |
| Núcleos Estáveis | Núcleos atômicos que não sofrem decaimento radioativo espontaneamente. O gráfico mostra esses núcleos como pontos marcados. | Os pequenos quadrados cheios no gráfico. |
| Isótopos | Átomos do mesmo elemento químico (mesmo número de prótons, Z) mas com diferente número de nêutrons (N). | Para um dado Z (ex: 50), o gráfico pode mostrar vários pontos (quadrados) com diferentes valores de N, todos sendo isótopos estáveis daquele elemento. |
| Elemento Antimônio (Sb) | O texto nos informa que possui 50 prótons, ou seja, seu Z = 50. | Procurar a linha vertical no gráfico correspondente a Z = 50. |
| Linha N=Z | A linha diagonal no gráfico onde o número de nêutrons é igual ao número de prótons. | Essa linha é uma referência. Para elementos mais pesados, os núcleos estáveis tendem a ter mais nêutrons que prótons (ficam acima dessa linha). |
| Faixa de Estabilidade | A região do gráfico onde os núcleos estáveis (quadrados) estão localizados. Para elementos mais pesados, essa faixa se desvia da linha N=Z. | A “nuvem” de quadrados cheios que indica os núcleos estáveis. |
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
Contextualização Simplificada
O texto nos explica que os núcleos dos átomos são feitos de prótons e nêutrons, e que para a maioria dos átomos, eles não têm a mesma quantidade dessas partículas. O gráfico nos mostra onde ficam os núcleos que são “estáveis” (que não se desintegram). No eixo de baixo, temos o número de prótons (Z), e no eixo da esquerda, o número de nêutrons (N). A gente sabe que o Antimônio tem 50 prótons (Z=50). A pergunta quer que a gente olhe para o gráfico e descubra quantos nêutrons os isótopos estáveis do Antimônio têm, e qual a diferença desses nêutrons em relação aos 50 prótons que ele já possui.
Estratégia Geral
- Localizar Z=50 (Antimônio) no eixo horizontal do gráfico.
- Subir verticalmente a partir de Z=50 e identificar a faixa de números de nêutrons (N) onde os núcleos estáveis (os quadrados pretos) estão localizados.
- Calcular a diferença entre esses valores de N e o Z=50.
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
Vamos seguir os passos para interpretar o gráfico:
- 1. Localizar o Antimônio no Gráfico:
- No eixo horizontal (Número de prótons – Z), encontramos o valor 50.
- 2. Identificar a Faixa de Nêutrons (N) para Núcleos Estáveis:
- A partir de Z=50, suba verticalmente no gráfico.
- Observe os pequenos quadrados pretos que representam os “Núcleos estáveis” nessa linha de Z=50.
- O primeiro quadrado (núcleo estável) nessa linha vertical de Z=50 está alinhado aproximadamente com N = 62 no eixo vertical.
- Os núcleos estáveis seguem para cima nessa linha vertical até um ponto que parece estar alinhado com N = 74 (ou pouco mais, mas as opções nos guiam para este limite superior).
- 3. Calcular a Diferença (N – Z):
- Para o Antimônio (Z = 50), a faixa de nêutrons (N) para isótopos estáveis é aproximadamente de 62 a 74.
- Vamos calcular a diferença (N – Z) para os limites dessa faixa:
- N mínimo (aprox.) = 62: 62 – 50 = 12 nêutrons a mais que prótons.
- N máximo (aprox.) = 74: 74 – 50 = 24 nêutrons a mais que prótons.
- Conclusão: Os isótopos estáveis do Antimônio (Z=50) possuem entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons.
- Verificação Intermediária
O cálculo da diferença entre N e Z, após a leitura correta do gráfico, é o ponto central. A linha N=Z (onde N e Z são iguais) está abaixo da faixa de estabilidade para Z=50, o que confirma que elementos mais pesados precisam de mais nêutrons para estabilidade.
- Possível armadilha
A armadilha principal é ler o gráfico incorretamente, seja no eixo Z, no eixo N, ou na identificação da faixa dos núcleos estáveis. Outra armadilha é interpretar a pergunta ao contrário (ex: nêutrons a menos). É preciso lembrar que Z é 50 e N é o que estamos lendo, e a pergunta pede “nêutrons a mais que o número de prótons”.
- Fechamento e expectativa
O raciocínio nos leva claramente à faixa de 12 a 24 nêutrons a mais que o número de prótons. Esperamos que a alternativa correta reflita esse cálculo.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
- (🔴) Alternativa A: “entre 12 e 24 nêutrons a menos que o número de prótons.” Incorreta. É “a mais”, não “a menos”.
- (🔴) Alternativa B: “exatamente o mesmo número de prótons e nêutrons.” Incorreta. Z=50 e N=50 estaria na linha diagonal. A faixa de estabilidade para Z=50 está acima dessa linha, indicando mais nêutrons.
- (🔴) Alternativa C: “entre 0 e 12 nêutrons a mais que o número de prótons.” Incorreta. A faixa começa em 12, mas vai até 24 nêutrons a mais.
- (🟢) Alternativa D: “entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons.” Correta. Conforme nosso cálculo (N de 62 a 74 para Z=50), a diferença (N-Z) é de 12 a 24 nêutrons a mais que os 50 prótons.
- (🔴) Alternativa E: “entre 0 e 12 nêutrons a menos que o número de prótons.” Incorreta. É “a mais”, não “a menos”, e a faixa de nêutrons a mais vai até 24.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
Resumo do Raciocínio
Para determinar a proporção de nêutrons em isótopos estáveis do antimônio (Z=50), consultamos o gráfico de estabilidade nuclear. Ao localizar Z=50 no eixo horizontal, a faixa de núcleos estáveis (os quadrados marcados) no eixo vertical indica que o número de nêutrons varia aproximadamente de 62 a 74. Calculando a diferença (N – Z = N – 50), conclui-se que esses isótopos possuem entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons.
Gabarito Reafirmado
A alternativa correta é a D, pois os isótopos estáveis do antimônio possuem entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons.
Resumo Final para Revisão 🔍
Lembre-se: em gráficos de estabilidade nuclear, localize o número de prótons (Z) no eixo horizontal e, em seguida, observe a faixa dos núcleos estáveis (pontos marcados) no eixo vertical para encontrar o número de nêutrons (N). Depois, é só fazer a continha (N – Z) para ver a diferença!
