Os átomos são os "blocos de construção da matéria". Qualquer coisa que tenha massa e ocupe espaço (por ter volume) é composta dessas minúsculas unidades. Isso vale para o ar que você respira, a água que você bebe e seu próprio corpo.
Os isótopos são um conceito vital no estudo dos átomos. Químicos, físicos e geólogos os usam para dar sentido ao nosso mundo. Mas antes de explicarmos o que são os isótopos - ou por que eles são tão importantes - precisaremos dar um passo para trás e olhar os átomos como um todo.
Nosso Mundo Atômico
Como você provavelmente sabe, os átomos têm três componentes principais - dois dos quais residem no núcleo. Localizado no centro do átomo, o núcleo é um aglomerado de partículas compactadas. Algumas dessas partículas são prótons, que têm cargas elétricas positivas.
Está bem documentado que cargas opostas se atraem. Enquanto isso, corpos com cargas semelhantes tendem a se repelir. Então aqui vai uma pergunta: como dois ou mais prótons - com suas cargas positivas - podem coexistir no mesmo núcleo? Eles não deveriam estar se afastando?
É aí que entram os nêutrons. Nêutrons são partículas subatômicas que compartilham núcleos com prótons. Mas os nêutrons não possuem carga elétrica. Fiel ao seu nome, os nêutrons são neutros, não tendo carga positiva nem negativa. É um atributo importante. Em virtude de sua neutralidade, os nêutrons podem impedir que os prótons se afastem mutuamente do núcleo.
"Elementar meu caro Watson"
Orbitando o núcleo estão os elétrons, partículas ultraleves com cargas negativas. Os elétrons facilitam a ligação química - e seus movimentos podem produzir uma coisinha chamada eletricidade . Os prótons não são menos importantes. Por um lado, eles ajudam os cientistas a distinguir os elementos.
Você deve ter notado que na maioria das versões da tabela periódica , cada quadrado tem um pequeno número impresso no canto superior direito. Esse número é conhecido como número atômico. Diz ao leitor quantos prótons existem no núcleo atômico de um determinado elemento. Por exemplo, o número atômico do oxigênio é oito. Cada átomo de oxigênio no universo tem um núcleo com exatamente oito prótons; nem mais nem menos.
Sem esse arranjo muito específico de partículas, o oxigênio não seria oxigênio. O número atômico de cada elemento - incluindo o do oxigênio - é totalmente único. E é um traço definidor. Nenhum outro elemento tem oito prótons por núcleo. Contando os prótons, você pode identificar um átomo. Assim como os átomos de oxigênio sempre terão oito prótons, os átomos de nitrogênio invariavelmente vêm com sete. É simples assim.
Os nêutrons não seguem o exemplo. O núcleo em um átomo de oxigênio tem a garantia de abrigar oito prótons (como estabelecemos). No entanto, também pode conter de quatro a 20 nêutrons . Isótopos são variantes do mesmo elemento químico que possuem diferentes números de nêutrons.
Agora, cada isótopo é nomeado com base em seu número de massa, que é o número total combinado de nêutrons e prótons em um átomo. Por exemplo, um dos isótopos de oxigênio mais conhecidos é chamado de oxigênio-18 (O-18). Ele tem os oito prótons padrão mais 10 nêutrons.
Portanto, o número de massa do O-18 é - você adivinhou - 18. Um isótopo relacionado, oxigênio-17 (O-17), tem um nêutron a menos no núcleo.
Sentindo-se instável
Algumas combinações são mais fortes do que outras. Os cientistas classificam O-17 e O-18 como isótopos estáveis. Em um isótopo estável, as forças exercidas pelos prótons e nêutrons mantêm-se unidas , mantendo permanentemente o núcleo intacto.
Por outro lado, os núcleos dos isótopos radioativos, também chamados de " radioisótopos ", são instáveis e decaem com o tempo. Essas coisas têm uma proporção próton-nêutron que é fundamentalmente insustentável a longo prazo. Ninguém quer ficar nessa situação. Assim, isótopos radioactivos vai verter certas partículas subatómicas (e energia) de libertação até que se tenha convertido em si agradável, estável isótopos.
O-18 é estável, mas o oxigênio-19 (O-19) não. Este último inevitavelmente quebrará - rápido! Dentro de 26,88 segundos de sua criação, uma amostra de O-19 tem garantia de perder metade de seus átomos para a devastação da decomposição.
Isso significa que O-19 tem meia-vida de 26,88 segundos. A meia-vida é a quantidade de tempo que 50% de uma amostra de isótopo leva para se decompor. Lembre-se deste conceito; vamos conectá-lo à paleontologia na próxima seção.
Mas antes de falarmos de ciência fóssil, há um ponto importante que precisa ser feito. Ao contrário do oxigênio, alguns elementos não têm nenhum isótopo estável . Considere o urânio. No mundo natural existem três isótopos desse metal pesado, e todos eles são radioativos , com os núcleos atômicos em constante estado de decomposição. Eventualmente, um pedaço de urânio se transformará em um elemento totalmente diferente.
Não se preocupe em tentar assistir a transição em tempo real. O processo se desenvolve muito, muito lentamente.
Obtendo encontros (e permanecendo saudável)
O urânio-238 (U-238), o isótopo mais comum do elemento, tem meia-vida de cerca de 4,5 bilhões de anos ! Gradualmente, ele se tornará chumbo-206 (Pb-206), que é estável. Da mesma forma, o urânio-235 (U-235) - com sua meia-vida de 704 milhões de anos - faz a transição para chumbo-207 (Pb-207), outro isótopo estável.
Para geólogos, essa informação é realmente útil. Digamos que alguém encontre uma placa de rocha cujos cristais de zircão contêm uma mistura de U-235 e Pb-207. A proporção desses dois átomos pode ajudar os cientistas a determinar a idade da rocha.
Veja como: digamos que os átomos de chumbo superem amplamente seus equivalentes de urânio. Nesse caso, você sabe que está olhando para uma rocha muito antiga. Afinal, o urânio teve muito tempo para começar a se transformar em chumbo. Por outro lado, se o oposto for verdadeiro - e os átomos de urânio são mais comuns - então a rocha deve estar no lado mais jovem.
A técnica que acabamos de descrever é chamada de datação radiométrica . Esse é o ato de usar as taxas de decaimento bem documentadas de isótopos instáveis para estimar a idade de amostras de rochas e formações geológicas. Os paleontólogos utilizam essa estratégia para determinar quanto tempo passou desde que um fóssil específico foi depositado. (Embora nem sempre seja possível datar o espécime diretamente .)
Você não precisa ser um aficionado por pré-história para apreciar os isótopos. Os médicos usam algumas das variedades radioativas para monitorar o fluxo sanguíneo, estudar o crescimento ósseo e até mesmo combater o câncer. Radioisótopos também têm sido usados para dar aos agricultores uma visão sobre a qualidade do solo .
Então aí está. Algo aparentemente tão abstrato quanto a variabilidade dos nêutrons afeta tudo, desde o tratamento do câncer até os mistérios do tempo profundo. A ciência é incrível.
AGORA ISSO É DIVERTIDO
Esportes e ciência se cruzam com mais frequência do que você imagina. A maior cidade do Novo México conquistou um novo time de beisebol da liga secundária em 2003. Qual é o nome? Os isótopos de Albuquerque. Uma referência a um episódio da 12ª temporada de "Os Simpsons", o nome incomum do time teve um efeito colateral agradável: por necessidade, os funcionários do estádio distribuíam regularmente aulas de química para fãs curiosos.
