Dois átomos do mesmo elemento são idênticos?

Não. Dois átomos do mesmo elemento químico geralmente não são idênticos.

Primeiro, há uma variedade de estados possíveis que os elétrons de um átomo podem ocupar. Dois átomos do mesmo elemento podem ser diferentes se seus elétrons estiverem em estados diferentes.

Se um átomo de cobre tem um elétron em um estado excitado e outro átomo de cobre tem todos os seus elétrons no estado fundamental, então os dois átomos são diferentes.

O átomo de cobre excitado emitirá um pouco de luz quando o elétron voltar ao estado fundamental, e o átomo de cobre que já está no estado fundamental não emitirá. Como os estados dos elétrons em um átomo determinam a natureza das ligações químicas que o átomo pode formar, dois átomos do mesmo elemento podem reagir de maneiras diferentes se estiverem em estados distintos.

Por exemplo, um átomo de sódio neutro (como de um pedaço de sódio metálico) reage com a água muito mais violentamente do que um átomo de sódio ionizado (como de uma partícula de sal).

Os químicos sabem disso muito bem. Não é suficiente dizer quais átomos estão envolvidos se você quiser descrever e prever completamente uma reação. Você também precisa especificar os estados de ionização/excitação dos elétrons nos átomos. Mesmo que deixado sozinho, um átomo frequentemente não possui um número igual de prótons e elétrons.

Mas e se dois átomos do mesmo elemento tiverem seus elétrons nos mesmos estados. Então eles são idênticos? Não, eles ainda não são idênticos.

Dois átomos do mesmo elemento e no mesmo estado eletrônico podem estar viajando ou girando em velocidades diferentes, o que afeta sua capacidade de formar ligações químicas. Átomos que se movem mais lentamente (como os átomos no ferro sólido) têm tempo para formar ligações estáveis, enquanto átomos que se movem mais rapidamente (como os átomos no ferro líquido) não conseguem formar essas ligações estáveis. Um átomo de estanho que se move devagar age de maneira diferente de um átomo de estanho que se move rapidamente.

Mas e se dois átomos do mesmo elemento tiverem seus elétrons nos mesmos estados, e os átomos estiverem viajando e rotacionando à mesma velocidade. Então eles são idênticos? Não.

Embora dois desses átomos sejam essencialmente quimicamente idênticos (eles reagirão da mesma forma), eles não são completamente idênticos. Há mais no átomo além dos elétrons. Também há o núcleo. O núcleo de um átomo contém nêutrons e prótons fortemente ligados. O mesmo elemento químico pode ter um número diferente de nêutrons e ainda assim ser o mesmo elemento.

Nós nos referimos aos átomos do mesmo elemento com diferentes números de nêutrons como “isótopos”. Embora o isótopo particular envolvido não afete como um átomo reagirá quimicamente, ele determina como o átomo se comportará em reações nucleares. A reação nuclear mais comum na Terra é o decaimento radioativo. Alguns isótopos decaem muito rapidamente em outros elementos e emitem radiação, enquanto outros isótopos não. Se você está fazendo datação por carbono, o fato de um átomo de carbono-12 não ser idêntico a um átomo de carbono-14 é essencial para o processo de datação. Simplesmente contar o número de átomos de carbono em uma amostra não fornecerá informações sobre a idade da amostra. Você terá que contar o número de diferentes isótopos de carbono em vez disso.

Mas e se dois átomos forem do mesmo elemento, tiverem os elétrons no mesmo estado, estiverem viajando e girando à mesma velocidade e tiverem o mesmo número de nêutrons; então eles são idênticos? Não.

Assim como os elétrons, os nêutrons e prótons no núcleo podem estar em vários estados excitados. Além disso, o núcleo como um todo pode girar e vibrar em várias velocidades. Portanto, mesmo que tudo o mais seja idêntico, dois átomos de ouro podem ter seus núcleos em diferentes estados excitados e se comportarem de maneira diferente em reações nucleares.

Resumindo, é muito difícil que dois átomos do mesmo elemento sejam exatamente idênticos.

Na verdade, conseguir fazer com que um grupo de átomos seja muito próximo de idêntico foi digno de um Prêmio Nobel. Dito isso, não pense que os átomos têm identidades individuais além do que foi mencionado aqui. Se dois átomos de carbono estão no mesmo estado molecular, atômico, eletrônico e nuclear, então esses dois átomos de carbono são idênticos, não importa de onde vieram ou o que aconteceu com eles no passado.

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