Apostila de Química 03 – Radioatividade – Professor Serginho

Apostila de Química 03 – Radioatividade
1.0 Histórico
Em 1896, acidentalmente, Becquerel descobriu a radioatividade natural, ao
observar que o sulfato duplo de potássio e uranila: K2(UO2)(SO4)2
conseguia impressionar chapas fotográficas.
Em 1898, Pierre e Marie Curie identificaram o urânio, o polônio (400 vezes
mais radioativo que o urânio) e depois, o rádio (900 vezes mais radioativo
que o urânio).
2.0 Conceito de Radioatividade
É a capacidade que certos átomos possuem de emitir radiações
eletromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis com o objetivo de
adquirir estabilidade. A emissão de partículas faz com que o átomo
radioativo de determinado elemento químico se transforme num átomo de
outro elemento químico diferente
A reação nuclear é denominada decomposição radioativa ou decaimento.
Novas descobertas demonstraram que os elementos radioativos naturais
emitem três tipos de radiações: α, β e γ. No começo do século XX,
Rutherford criou uma aparelhagem para estudar estas radiações. As
radiações eram emitidas pelo material radioativo, contido no interior de um
bloco
de
chumbo
e
submetidas
a
um
campo
magnético. Sua trajetória era desviada.
3.0 A Radiação Alfa
2 prótons + 2 nêutrons = +2 4
4.0 A Radiação Beta
1 elétron = -1 0
5.0 A Radiação Gama
Radiação eletromagnética.
6.0 Transmutação Natural
6.1 1ª Lei da Radioatividade (lei de Soddy)
"Quando um núcleo emite uma partícula alfa (α), seu número atômico
diminui de duas unidades e seu número de massa diminui de quatro
unidades."
X A = 2 ƒΏ4 + Z-2YA-4
Ex: 92 U 235 = 2 ƒΏ4 + 90 Th 231
Z
6.2 2ª Lei da Radioatividade (lei de Soddy-Fajans-Russel)
"Quando um núcleo emite uma partícula beta (b) , seu número atômico
aumenta de uma unidade e seu número de massa não se altera."
X A = -1β 0 + Z+1YA
Ex: 83 Bi210 = -1 β 0 + 84 Po 210
Z
7.0 Famílias Radioativas
Os elementos com número atômico igual ou superior a 84 são radioativos,
assim como o Tc (Z = 43) e o Pm (Z = 61). Os elementos de número atômico
superior ao do urânio são todos artificiais (assim como o Tc e o Pm).
Na natureza existem elementos radioativos que realizam transmutações ou
"desintegrações" sucessivas, até que o núcleo atinja uma configuração
estável. Isso significa que, após um decaimento radioativo, o núcleo não
possui, ainda, uma organização interna estável e, assim, ele executa outra
transmutação para melhorá-la e, ainda não conseguindo, prossegue, até
atingir a configuração de equilíbrio
8.0 Poder de Penetração
 

9.0 Poder de Ionização
 

10.0 Resumo
10.1 Emissões alfa (2ƒΏ4)
Partículas com carga elétrica positiva, constituídas de 2 prótons e 2 nêutrons.
Velocidade média: 20000 km/s.
Poder de penetração: pequeno, são detidos por pele, folha de papel ou 7 cm
de ar.
Poder ionizante ao ar: elevado, por onde passam capturam elétrons,
transformando-se em átomos de Hélio.
10.2 Emissões beta (-1 β 0)
Partículas com carga elétrica negativa e massa desprezível (elétrons atirados
para fora do núcleo) .
Nêutron = próton + elétron + neutrino
Os prótons permanecem no núcleo e os elétrons e neutrinos são atirados fora
dele.
Ou: 0 n 1 = 1 p 1 + -1 b 0 + neutrino
Velocidade média: 95% da velocidade da luz.
Poder de penetração: 50 a 100 vezes mais penetrantes que as partículas alfa.
São detidas por 1 cm de alumínio (Al) ou 2 mm de chumbo (Pb).
Danos os organismos: maiores do que as emissões alfa, podem penetrar até 2
cm do corpo humano e causar danos sérios.
10.3 Emissões gama (0γ0)
São ondas eletromagnéticas, da mesma natureza da luz, semelhantes ao raio
X. Sem carga elétrica nem massa.
Velocidade: igual à da luz (300 000 km/s).
Poder de penetração: alto, são mais penetrantes que raios X. são detidos por
5 cm de chumbo (Pb).
Danos à saúde: máximo, pois podem atravessar o corpo humano, causando
danos irreparáveis.
11.0 Transmutação Artificial
A primeira transmutação artificial foi conseguida em 1919 por Rutherford,
ao bombardear núcleos de nitrogênio com partículas alfa.
14
7N
+ +2
4
17
8O
+ +1p1
Em 1934, James Chadwick descobriu os nêutrons ao bombardear átomos de
berílio.
12.0 Transmutação Nuclear
12.1 Fissão Nuclear
É a divisão de um núcleo atômico pesado e instável através do seu
bombardeamento com nêutrons - obtendo dois núcleos menores, nêutrons e a
liberação de uma quantidade enorme de energia.
Os nêutrons liberados na reação irão provocar a fissão de novos núcleos,
liberando outros nêutrons, ocorrendo então uma reação em cadeia:
Essa reação é responsável pelo funcionamento de reatores nucleares e pela
desintegração da bomba atômica.
12.2 Fusão Nuclear
É a junção de dois ou mais núcleos atômicos produzindo um único núcleo
maior, com liberação de grande quantidade de energia. Nas estrelas como o
Sol, ocorre a contínua irradiação de energia (luz, calor, ultravioleta, etc.)
proveniente da reação de fusão nuclear.
13.0 Efeitos das Radiações e Aplicações
13.1 Efeitos elétricos
O ar atmosférico e gases são ionizados pelas radiações, tornando-se
condutores de eletricidade. O aparelho usado para detectar a presença de
radiação e medir sua intensidade, chamado contador Geiger, utiliza esta
propriedade.
13.2 Efeitos luminosos
As radiações provocam fluorescência em certas substâncias, como o sulfeto
de zinco - esta propriedade é utilizada na fabricação de ponteiros luminosos
de relógios e objetos de decoração.
13.3 Efeitos biológicos
As radiações podem ser utilizadas com fins benéficos, no tratamento de
algumas espécies de câncer, em dosagens apropriadas. Mas em quantidades
elevadas, são nocivas aos tecidos vivos, causam grande perda das defesas
naturais, queimaduras e hemorragias. Também afetam o DNA, provocando
mutações genéticas.
13.4 Aplicações na indústria
Em radiografias de tubos, lajes, etc. - para detectar trincas, falhas ou
corrosões. No controle de produção; no controle do desgaste de materiais; na
determinação de vazamentos em canalizações, oleodutos; na conservação de
alimentos; na esterilização de seringas descartáveis; etc.
13.5 Aplicações na Medicina
No diagnóstico das doenças, como tumores cerebrais (Hg197), câncer (Co60
e Cs137), etc.
13.6 Datação de fósseis
Radioisótopos têm sido usados para estabelecer mecanismos de reações nos
organismos vivos, como o C14.
14.0 Tempo Meia vida (P)
É o período de tempo necessário para que a metade dos átomos presentes
num elemento se desintegre. O tempo de meia vida é uma característica de
cada isótopo radioativo e não depende da quantidade inicial do isótopo nem
de fatores como pressão e temperatura.
Curva de decaimento radioativo: