Sandbox · simulação ao vivo
Adicione um protão e você muda o elemento. Adicione um neutrão e você muda o isótopo. Adicione um eletrão e você cria um ião. Tudo abaixo é atualizado no momento em que você faz isso.
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MODO DESAFIO
O modo desafio está desativado.
Ative-o para doze desafios de construção de nuclídeos.
O que você está observando
A quantidade de protões — o número atómico, Z — é o elemento. Seis protões são carbono, e nada mais pode ser carbono. Altere Z e você transmutou um elemento em outro, exatamente o que os alquimistas queriam e o que os reatores nucleares fazem.
Os neutrões adicionam massa e, crucialmente, diluem a repulsão eletrostática entre os protões. Poucos ou muitos demais, e o núcleo decai. Mesmo elemento, quantidade diferente de neutrões = um isótopo diferente: o carbono-12 é estável para sempre, o carbono-14 tem uma meia-vida de 5.730 anos.
A química é inteiramente uma história sobre eletrões. Remova um e você obtém um catião positivo; adicione um e você obtém um anião negativo. Os átomos ganham, perdem e compartilham eletrões para alcançar uma camada externa completa — esse único impulso explica quase toda reação que você estudará.
O veredito de estabilidade
Trace todos os nuclídeos conhecidos, com os protões em um eixo e os neutrões no outro, e os estáveis formarão uma faixa curva estreita — o vale de estabilidade. Elementos leves ficam perto de N = Z. À medida que Z aumenta, os protões se repelem com mais força e o núcleo precisa proporcionalmente de mais neutrões para permanecer ligado, então a faixa se curva para cima em direção a N ≈ 1,5 Z.
Fique acima da faixa e o nuclídeo será rico em neutrões: um neutrão converte-se em um protão e emite um eletrão (decaimento β⁻). Fique abaixo e ele será rico em protões, então um protão converte-se em um neutrão e emite um positrão (decaimento β⁺). Depois do bismuto (Z = 83), o vale simplesmente acaba — nenhuma disposição de neutrões consegue manter tantos protões unidos indefinidamente.
Neutrões (vertical) em relação aos protões (horizontal) · a sua construção está marcada
Perguntas comuns
Um isótopo difere na quantidade de neutrões — mesmo elemento, massa diferente, mesma química. Um ião difere na quantidade de eletrões — mesmo elemento, mesma massa, química muito diferente. Carbono-12 e carbono-14 são isótopos um do outro; Na e Na⁺ são um átomo e o seu ião. Altere os protões e terá mudado completamente de elemento.
A física clássica diz que uma carga em órbita irradia energia e deveria colapsar em cerca de 10⁻¹¹ segundos. Isso não acontece, e essa falha foi o que forçou o surgimento da mecânica quântica. Um eletrão em um átomo não orbita de modo algum: ele ocupa uma onda estacionária com uma energia mínima fixa. Não há um estado inferior para o qual cair. Os anéis desenhados aqui são uma conveniência — o visualizador orbital na página de qualquer elemento mostra a verdadeira nuvem de probabilidade.
A camada n comporta no máximo 2n² eletrões: 2, 8, 18, 32 e assim por diante. Mas as camadas não se preenchem estritamente em ordem — 4s é preenchida antes de 3d porque está em uma energia mais baixa, segundo a regra de Madelung seguida por este construtor. Essa ordem é exatamente o motivo pelo qual os metais de transição formam um bloco no meio da tabela periódica.
Ferro-56 (e níquel-62) estão no pico da curva de energia de ligação por núcleon. Fundir qualquer coisa mais leve libera energia; fissionar qualquer coisa mais pesada libera energia; o ferro não faz nenhuma das duas coisas. É por isso que a fusão em uma estrela massiva para no ferro, por que o núcleo então colapsa e por que todo elemento mais pesado que o ferro no seu corpo foi produzido em uma supernova ou na colisão de uma estrela de neutrões, e não na queima estelar comum.
Ainda não aqui, nem em um laboratório. Este construtor para no 118 porque é onde a tabela periódica termina atualmente. Equipes no Japão, na Rússia e nos Estados Unidos vêm disparando feixes contra alvos de actinídeos há mais de uma década, tentando produzir 119 e 120; os núcleos se desfazem mais rápido do que qualquer detetor consegue registá-los.