Olhar mais perto em Argon

Nunca deixa de me surpreender o quão burro eu posso ser!

P>P>Pus apenas três anos a fazer todo o tipo de medições de precisão em gás argónio, mas foi preciso um comentário casual de Andrew Marmary num pequeno filme no Canal RI para me alertar para um simples facto espantoso: os átomos de árgon – com 18 protões em cada núcleo são em média mais pesados do que os átomos de potássio que têm mais um protão em cada núcleo. É um facto simples que esconde uma história notável!

A massa relativa de átomos de cada elemento é tabelada no final deste artigo, e mostrada como um gráfico no topo da página. O Número Atómico é o número de prótons no núcleo de cada átomo e a massa atómica relativa é – muito aproximadamente – o número combinado de neutrões e prótons no núcleo. Assim, por exemplo, um átomo de hidrogénio tem 1 próton e nenhum neutro tem uma massa atómica relativa de 1. Os átomos de hélio têm 2 prótons e 2 neutrões uma massa atómica relativa de 4. O gráfico mostra que átomos com mais prótons no núcleo tendem a ter cerca de um nêutron extra para cada próton extra – mas não exactamente um. Note-se que as massas atómicas relativas não caem exactamente na linha pontilhada vermelha, mas “abanam” um pouco. E alguns átomos como o cloro – com 17 prótons – têm uma massa atómica relativa de 35,45 não onde perto de um número inteiro. Será que um núcleo de cloro contém uma fracção de um neutron? Não. Mas para compreender isto precisamos de aprender sobre isótopos

Even elementos puros contêm átomos com diferentes números de neutrões. O cloro natural, por exemplo, tem dois isótopos com 17 prótons, mas um tem 18 neutrões e uma massa relativa de aproximadamente 35 e o outro tem 20 neutrões e uma massa relativa de aproximadamente 37. O primeiro tipo ultrapassa o segundo em aproximadamente 3 para 1, pelo que a massa média de átomos de cloro acaba por ser aproximadamente 35,5,

Então e o árgon? Será que isso também tem isótopos? Sim. O árgon na atmosfera tem três isótopos, todos com 18 prótons – mas um tipo (chamado 36Ar) tem 18 neutrões e uma massa relativa de aproximadamente 36; um segundo tipo (chamado 38Ar) tem 20 neutrões e uma massa relativa de aproximadamente 38, e o tipo final e mais comum (chamado 40Ar) tem 22 neutrões e uma massa relativa de aproximadamente 40. As medições feitas pelos meus colegas do Centro de Investigação Ambiental das Universidades Escocesas mostraram que em argon normal há cerca de 300 vezes mais 40Ar do que 36Ar – e que o 38Ar é ainda mais raro. É por isso que a massa atómica média é apenas um pouco inferior a 40,

O facto espantoso é que se tivéssemos feito esta medição há 4 mil milhões de anos à medida que a Terra se formou, ou se tivéssemos feito a medição no gás argon de outro planeta – obteríamos uma resposta diferente – uma resposta muito mais próxima de 36. Isto porque o árgon ‘natural’ é na realidade o 36Ar. Se replantarmos os dados experimentais da cabeça da página, mas com uma massa de 36 para o árgon em vez do valor experimental, então vemos que o ponto encaixa perfeitamente na linha.

Então de onde veio todo o 40Ar? A resposta é que veio da decadência radioactiva do potássio-40 (40K). A maioria do potássio na Terra tem 20 neutrões (39K) dando ao potássio uma massa relativa próxima de 39. No entanto, existe uma pequena quantidade de potássio com 22 neutrões (41K) dando ao potássio uma massa relativa ligeiramente superior a 39. Além disso, há uma quantidade de potássio ainda mais pequena com 21 neutrões (40K) e este isótopo é radioactivo, e decai para 40Ar com uma meia-vida de cerca de 1,2 mil milhões de anos. Assim, ao longo dos 4 mil milhões de anos de história da Terra, cerca de 90% do nosso presente original de 40K decaiu para 40Ar

No sistema solar, o argônio é na realidade mais comum do que o potássio, mas na Terra o potássio é muito mais abundante do que o argônio. E assim, embora (40K) seja uma fracção minúscula dos átomos de potássio na Terra – há tanto potássio (a sua cerca de 1/500ª parte da Terra em peso) que 40Ar da decadência radioactiva de 40K é agora o isótopo dominante do árgon na Terra.

Por isso, o gráfico à cabeça da página parece mudo, mas se se conseguir ler os dados e detectar os padrões, descobre-se que o gráfico fala volumes. Fala da história da Terra e do nascimento dos elementos na garganta da morte das estrelas (Nucleossíntese). Uau! E como é que eu não tinha reparado?

Dados que tirei da Wikipédia os dados abaixo, por isso sei que deve ser correcto 🙂

>Ti

>Ni

>Tc

>td>Indium

Iodine

>Dy

>Yb