Radioatividade
O que é Radioatividade ?
É o fenômeno em que um núcleo instável emite espontaneamente entidades (partículas, ondas), transformando-se em outro núcleo mais estável.
Obs.: I) Estabilidade do núcleo
Presença dos nêutrons Efeito do empacotamento /defeito de massa Psiu !!! Átomos com número atômico maior que 83 possuem núcleos instáveis,ou seja, radioativos. Exceto: Tc43 , Pm61 Relação n/p : átomos estáveis possuem relação n/p : 1 ~ 1,5
Importante!!!
Todos os elementos possuem isótopos radioativos,porém para ser um elemento radioativo o seu isótopo mais abundante tem que ser radioativo
Características O fenômeno da
radioatividade é exclusivamente nuclear. Ele não é afetado por nenhum fator, físico ou químico. Ex.: tipo de substância presente,o meio,a fase de agregação,etc.
Evolução Histórica
William Crookes (1832-1919)
Ampolas de gás a baixa pressão submetida a elevada diferença de potencial emitiam raios luminosos do pólo negativo para o positivo.
A RADIOATIVIDADE E A DERRUBADA DO MODELO ATÔMICO DE THOMSON Wilhelm Röntgen (1845-1923)
• Estudava raios emitidos pela ampola de Crookes incidindo em vidro e metais . • Repentinamente, notou que raios Desconhecidos saíam dessa ampola, Atravessavam corpos e impressionavam Chapas fotográficas,sendo altamente energéticos • Como os raios eram desconhecidos, Chamou-os de RAIOS-X.
Henri Becquerel (1852-1908) • Tentava relacionar fosforescência de Minerais à base de urânios com os raios-X. • Pensou que dependiam da luz solar. • Num dia nublado, guardou uma amostra de urânio numa gaveta embrulhada em Papel preto e espesso. Mesmo assim, Revelou uma chapa fotográfica. • Inicia-se, portanto os estudos relacionados À RADIOATIVIDADE. Prof.: Juan Bandeira
Em 1896, acidentalmente, Becquerel descobriu a radioatividade natural, ao observar que o sulfato duplo de potรกssio e uranila : K2(UO2)(SO4)2 , conseguia impressionar chapas fotogrรกficas.
Henry Becquerel
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).
Conclusões : 1) A intensidade da radiação emitida é diretamente proporcional à quantidade de urânio presente na amostra 2) A radiação provinha do átomo de urânio = Fenômeno atômico
Indagações na pesquisa dos Curie SENDO O ÁTOMO, ATÉ ENTÃO, COMPLETAMENTE MACIÇO, COMO EXPLICAR TAL FENÔMENO? QUAL A CARGA DAS PARTÍCULAS RADIOATIVAS: NEGATIVA, POSITIVA OU NEUTRA? QUAL SUA MASSA?
Novas descobertas demonstraram que os elementos radioativos naturais emitem três tipos de radiações:α, βe 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
Conceito de Radioatividade:
É a capacidade que certos átomos possui 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
Quando descobriu a Radioatividade, o homem passou a desvendar o núcleo do átomo e a sua divisibilidade pôde ser confirmada
.
Tipos de radiações:
1-Emissões alfa (2α4) : partículas com carga elétrica positiva, constituídas de 2 prótons e 2 nêutrons. Velocidade média : 20000 km/s . Poder de penetração : pequeno, são detidas 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.
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.Hipótese de fermi Ou:
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
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 detidas por 5 cm de chumbo (Pb) . Danos à saúde: máximo, pois podem atravessar o corpo humano, causando danos irreparáveis. Efeito fotoelétrico
Poder de Ionização
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." Z
X
A
= 2 α4 +
Z-2
Y
A -4
Ex:
92 U
235
= 2 α4 +
90
Th
231
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." Z
X
A
= -1β 0 +
Z+1
Y
A
Ex:
83
Bi210 =
-1
β0+
84
Po
210
1) Quando um átomo emite uma partícula “alfa” e, em seguida, duas partículas beta, os átomos inicial e final: a) Têm o mesmo número de massa. b) São isótopos radioativos. c) Não ocupam o mesmo lugar na tabela periódica. d) Possuem números atômicos diferentes. e) São isóbaros radioativos. A Z
Y
A = 4 + A’ Z = 2 – 2 + Z’ Z = Z’
2
4
+ 2
–1
A’
0
+
Z’
X
Têm mesmo número atômico e diferentes números de massa, então, são ISÓTOPOS
Reações Químicas x Reações Nucleares
Reações Químicas: afetam apenas os eperiféricos ou da camada de valência dos átomos Reações Nucleares: Afetam os núcleos atômicos muito mais energéticos
Hipóteses de Fermi:
A) P/ isótopos naturais c/ núcleos pesados e grandes: 1n → 1p 0 +1
+ -1e0 + 0n0 + 0v0
B) P/ certos isótopos radioativos naturais: 1p → 1n + 0 + 0γ + 0v β +1 0 +1 0 0
Captura eletrônica
A captura eletrônica é um tipo de emissão beta. Neste processo um elétron de um átomo, normalmente da camada K, se combina com um próton do núcleo formando um neutron e um neutrino. 0 + 1 →1n e p -1 +1 0 AM + e0 → AN Z -1 Z-1 AM → β0 + AN Z +1 Z-1
Famílias Radioativas
São conjuntos de átomos que estão relacionados entre si por sucessivas desintegrações. Pai >>>filho>>>neto>>>>bisneto Instável
estável
Séries naturais
Série do urânio: 238U 206Pb _ 8 alfa e 6beta_____ 92 82 Série do Actínio: 235U __6 alfa e 4 beta______207Pb 92 82 Tório: 232Th __7 alfa e 4 beta______208Pb 90 82
Famílias Radioativas
Família Família Família Família
do do do do
Netúnio (Artificial) : A=4n+1 tório (natural): A=4n urânio (natural): A= 4n + 2 Actínio (natural): A= 4n + 3
Psiu!!! Localização da Família:
A / 4 ,se o resto for : a) o b) 1 b) 2 c) 3
família do tório família do netúnio família do urânio família do actínio
яБо
Ex.: a)
226Ra
b) 212Po
FAMÍLIAS RADIOATIVAS NATURAIS SÉRIE DO URÂNIO
SÉRIE DO ACTÍNIO
SÉRIE DO TÓRIO
Urânio-238 4,5.109 de anos
Urânio-235 7,13.108de anos
Tório-232 1,39.1010 de anos
Tório-234 24,1 dias
Tório-231 24,6 horas
Rádio-228 5,7 anos
Protactínio-234 1,14 minutos
Protactínio-231 32 000 anos
Actínio-228 6,13 horas
Urânio-234 2,7.105 anos
18,9 anos
Actínio-227
Tório-230 8,3.104 anos
Frâncio-223 21 minutos
21,2 anos
Tório-228 1,9 anos
Tório-227 18,9 dias
Rádio-224 3,6 dias
Rádio-226 1 590 anos
Rádio-223 11,4 dias
Radônio-222 3,825 dias
Radônio-219 3,9 segundos
***
***
..
Polônio-210 140 dias Chumbo-206
Polônio-211 0,005 segundos Chumbo-207 estável
Radônio-220 54,5 segundos ***
Polônio-212 0,0000003 segundos
Chumbo-208
Principais reações da transmutação artificial
São transformações nucleares que dão origem origem a outro elemento Rutherford - N + α - O + 1P+1 Chadwick – Be + α C + 1n0 Irene Curie e Frederic – Al + α P + n P +1 β0 + Si
TRANSMUTAÇÃO NUCLEAR
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.
92U235
+
0n
1
56Ba
142
+ 36Kr91 + 3 0n1 + 4,6 . 109kcal
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.
Bomba Atômica
O processo de fissão nuclear foi utilizado por um grupo de cientistas, liderados por J. Robert Oppenheimer, em Los Álamos (Novo México), na fabricação da bomba atômica (Bomba A), que foi detonada em 16 de julho de 1945, no campo experimental do Novo México (EUA), e militarmente usada no fim da Segunda Guerra Mundial contra as cidades japonesas de Hiroshima (Bomba A de urânio-235 em 6/8/45) e de Nagasaki (Bomba A de plutônio-238 em 9/8/45).
Como funciona a Bomba “A” No processo de fissão ocorre uma reação em cadeia. Teoricamente, bastaria apenas um nêutron para iniciar o processo, mas na prática exige-se uma massa mínima para que isto ocorra. Essa massa mínima, acima da qual haverá detonação com reação em cadeia, é denominada massa crítica. Para o urânio-235, essa massa vale cerca de 40 kg.
Raio de ação da explosão
Efeitos
imediatos :
Em 06 de agosto de 1945, Hiroshima e o Mundo conheciam o poder da bomba atômica
Danos da Explosão
Os efeitos causados pea bomba em Hiroshima foram como em Nagasaki devastadores. Os danos infraestruturais calculam em cerca de 90% de edifícios danificados ou totalmente destruídos. Hiroshima parecida agora um campo arido visto de cima, por toda ela se via um campo enorme de destroços. Em Hiroshima foram mortas mais de sessenta mil pessoas, e em Nagasaki a fumaça subiu a mais de seis mil metros, formando o famoso cogumelo, e o calor e o fogo queimaram as pessoas e as casas.
Em Nagasaki os estaleiros e docas do sudoeste da cidade, ficaram devastados, o lançamento de outras bombas mas não de grande força criou preocupação considerável em Nagasaki, tendo várias pessoas, principalmente crianças da escola, por uma questão de segurança, sido evacuadas para áreas rurais reduzindo assim a população da cidade por altura do ataque nuclear. Mas tal como Hiroshima Nagasaki ficara também parecida com um campo arido, onde só se via destroços.
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: 4 1H1 = 2He4 + outras partículas + energia (Condições de temperatura e pressão: 106 ºC , 104 atm)
Bomba de hidrogĂŞnio
Efeitos das Radiações:
Efeitos elétricos: o ar atmosféérico 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
-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
-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
RADIOTERAPIA :
A radiação atua de forma diferente, dependendo do tipo de célula. Lei de BERGONIE e TRIBONDEAU
A sensibilidade das células à radiação é diretamente proporcional à sua atividade reprodutora e inversamente proporcional ao seu grau de especialização.
Exemplos: As células cancerosas, que se dividem rapidamente e não são especializadas, são bastante sensíveis à radiação (base da radioterapia). As células nervosas, que se dividem mais lentamente e são altamente especializadas, são mais resistentes à radiação. As crianças são especialmente vulneráveis à radiação, e são mais susceptíveis antes do nascimento, pois nessa fase suas células se multiplicam rapidamente.
-Efeitos químicos : radioisótopos têm sido usados
para estabelecer mecanismos de reações nos organismos vivos, como o C14. Radioisótopos sensibilizam filmes fotográficos.
COLETA DE CARVÃO PARA DATAÇÃO DE CARBONO 14
Usos das reações nucleares:
-Produção de energia elétrica: os reatores nucleares produzem energia elétrica, para a humanidade, que cada vez depende mais dela. Baterias nucleares são também utilizadas para propulsão de navios e submarinos
-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.
ESTERILIZAÇÃO DE MATERIAL CIRÚRGICO
Aplicações na Medicina :
no diagnóstico das doenças, com traçadores = tireóide( I131), tumores cerebrais( Hg197 ), câncer ( Co60 e Cs137 ) , etc
O Lixo nuclear
O lixo nuclear é todo resíduo formado por compostos radioativos que perderam a utilidade de uso. Este lixo é produzido por diversas fontes, sendo as principais: - Usinas nucleares: após o processo de fissão nuclear, o que sobra do uso do urânio é considerado lixo nuclear. - Armas Nucleares: na fabricação, manutenção ou desativação deste tipo de arma, vários resíduos nucleares são gerados.
- Laboratórios de exames clínicos: alguns instrumentos de exames médicos usam produtos radioativos como, por exemplo, máquinas de raio-x. O lixo nuclear deve ser transportado, tratado e isolado com máximo rigor de cuidado, seguindo diversas normas de segurança internacionais, a fim de evitar qualquer tipo de acidente ou contaminação. Um dos principais problemas atuais é o destino deste tipo de lixo.
O contato do ser humano com este tipo de lixo pode ter como conseqüência o desenvolvimento de várias doenças (câncer é a principal) e até a morte imediata.
Curiosidades: - O lixo nuclear pode levar de 50 a 100 anos para perder toda sua radiação. - No Brasil, ocorre a produção de lixo nuclear nas Usinas Atômicas de Angra I e Angra II, situadas em Angra dos Reis (RJ).
Cinética Radioativa
Velocidade de desintegração
V= C . No
V= -∆N / ∆T
Onde: No=número inicial de át. Radioativos N = número de át. que ainda não emitiram ∆N= número de át. que se desintegram no ∆T
Unidades:
Bq – bequerel Desintegrações/s C - curie Rd – Rutherford
1Bq = 1 desintegração/s
1c = 3,7 . 106
Bq.
Atenção!!! ln No/N = ʎ x ∆t Onde:ʎ=constante de velocidade de desintegração
Constante radioativa(C): é a fração de átomos que se desintegram na unidade de tempo.
C = N/No
N= número de át. Que ainda não emitiram radiação No =número inicial de át. Unidades: s-1,min-1,d-1, h-1,m-1,a-1 Ex.: a) B)
Ra226 88
Rn220 86
C= 1/2300 ano-1 C=1/79 s-1
Vida – média(Vm) É a média dos tempos de vida de todos os átomos do isótopos Vm=1/C
A) Rn Vm= 79 s B) Ra Vm = 2300 a demora em média para se desintegrar
Meia - vida ou período de semi – desintegração (t ½ ou P)
É o tempo necessário para que metade de uma amostra de um isótopo radioativo se desintegre.
m=mo / 2x
t=x.P
Relação entre Vm e P: P= 0,7 x Vm
N = No / 2x
CURVA DE DECAIMENTO RADIOATIVO
Átomos que já sofreram desintegração
Átomos que ainda não desintegraram
01) Uma substância radioativa tem meia-vida de 8 h. Partindo de 100 g do material radioativo, que massa da substância radioativa restará após 32 h?
a) 32 g.
P = 8h m 0 = 100g t = 32 h
b) 6,25 g.
c) 12,5 g.
t=x.P x=t:P x = 32 : 8 x=4
m = ?
d) 25 g.
100 100 mo m = = = 6,25g 4 x 16 2
e) 50 g.
outro modo de fazer 100g
8h
50g
8h
25g
8h
12,5g
8h
6,25g
02) A meia-vida do isĂłtopo 4 g,
11Na
24
ĂŠ de 15 horas. Se a quantidade inicial for
depois de 60 horas sua massa serĂĄ:
a) 0,8 g . b) 0,25 g. c) 0,5 g. d) 1,0 g.
P = 15 h
m0 = 4 g T = 60h
m=?g
e) 0,125 g. 15 h
4g
15 h
2g
15 h
1g
15 h
0,5 g
0,25 g
03) (UFPE) A primeira transmutação artificial de um elemento em outro, conseguida por Rutherford em 1919, baseou-se na reação: 14 7N
+ 2He4 E + 1H1
A = 18 – 1
Afirma-se que: 0
0
1
1
8E
14 + 4 =17 A +1
O núcleo E tem 17 nêutrons.
A = 17 7 + 2 = Z +1
O átomo neutro do elemento E tem 8 elétrons.
Z=9–1 2
2
3
3
4
4
O núcleo 1H1 é formado por um próton e um nêutron.
O número atômico do elemento E é 8.
O número de massa do elemento E é 17.
Z=8
8E
17
N = 17 – 8 N=9
04 (UFPE/2004) A fissão nuclear é um processo pelo qual núcleos atômicos: a)
de elementos mais leves são convertidos a núcleos atômicos de elementos mais pesados.
b) emitem radiação beta e estabilizam. c) os elementos mais pesados são convertidos a núcleos atômicos de elementos mais leves.
d) absorvem radiação gama e passam a emitir partícula alfa. e) absorvem nêutrons e têm sua massa atômica aumentada em uma unidade.