QUÍMICA

Editora Exato 21

RADIOATIVIDADE 1. INTRODUÇÃO

É a atividade que certos átomos possuem em emitir radiações eletromagnéticas e partículas de seus núcleos, com o propósito de adquirirem estabilidade.

A atividade radioativa de um elemento é uma propriedade nuclear, sendo resumida a apenas uma transformação nuclear e não a uma reação química.

2. CARACTERÍSTICAS DAS EMISSÕES

a) PARTÍCULA ALFA (α): � Partícula pesada. � Baixo poder de penetração. � Constituída de 2 prótons e 2 nêutrons. Representação:

α4

2

b) PARTÍCULA BETA (β): � Aproximadamente, 7000 vezes mais leve

que a partícula alfa. � É mais rápida que a alfa. � Maior poder de penetração e danificação

que a alfa. � Constituída por cargas negativas e, prati-

camente, em massa. Representação:

β−0

1

c) RADIAÇÃO GAMA (γ): � Ondas eletromagnéticas. � Velocidade próxima à da luz. � É a mais perigosa e ofensiva das três. Pode

causar danos irreparáveis aos seres huma-nos.

Representação:

γ0

0

3. LEIS DA RADIOATIVIDADE

1a LEI: LEI DE SODDY “Quando um átomo radioativo emite uma par-

tícula (α), seu número atômico diminui de 2 unidades e seu número de massa diminui de 4”.

92

238U → 24α + 90

234Th

2a LEI: LEI DE SODDY, FAJANS E RUSSEL “Quando um átomo radioativo emite uma par-

tícula (β), seu número atômico, Z, aumenta de uma unidade e seu número de massa permanece inaltera-do”.

55137Cs → -1

0β + 56137Ba

4. CONSTANTE RADIOATIVA (C)

C = - ∆n n

Indica a fração de átomos desintegrados na u-nidade de tempo.

Quanto maior o valor da constante radioativa C, mais radioativo será o isótopo da amostra. 4.1. - VIDA MÉDIA (Vm):

Indica o tempo que os átomos de determinado isótopo radioativo levam, em média, para se desinte-grarem.

Vm = 1 C

4.2. - PERÍODO DE MEIA-VIDA (P): Corresponde ao tempo necessário para que o

número de átomos, inicial de uma amostra, se reduza à metade.

n = n0 2x

n = no de átomos que restaram. n0 = no de átomos iniciais. x = no de períodos que se passaram.

Exemplo: O período de meia-vida do Césio-137 é igual a

30 anos.

5. REAÇÕES DE TRANSMUTAÇÃO

São transformações sofridas por um determi-nado elemento radioativo, levando-o a transformar-se em outro elemento químico. Para isso, deve-se bom-bardear o núcleo do elemento radioativo com partícu-las aceleradas.

As transmutações podem ser naturais ou artifi-ciais.

Exemplos:

714N + 2

4α → 817O + 1

1p

49Be + 2

4α → 612C + 0

1n

6. FISSÃO NUCLEAR

É a partição de um núcleo atômico pesado e instável através do bombardeamento desse núcleo com nêutrons moderados, originando 2 núcleos mé-dios, liberando uma elevada quantidade de energia.

Editora Exato 22

Exemplo:

92235U + 0

1n → 54139Xe + 38

94Sr + 3 01n + e-

nergia

A bomba atômica é a aplicação bélica do pro-cesso da fissão nuclear, que libera grandes quantida-des de energia e radiação.

7. FUSÃO NUCLEAR

Corresponde à união de dois ou mais núcleos atômicos leves, originando um único núcleo atômico, liberando uma quantidade gigantesca de energia.

MILHÕES DE °C 4 1

1H → 24He + 2 -1

0β + energia A bomba de hidrogênio é a aplicação bélica do

fenômeno da fusão nuclear.

ESTUDO DIRIGIDO

1 O cobalto 60 (60Co), usado em Medicina, possui t1/2 = 5 anos. Dentro de uma cápsula lacrada foi colocada uma amostra desse radionuclídeo e, a-berta após 20 anos, revelou conter 750 mg do mesmo. Calcule a massa, em mg, colocada inici-almente na cápsula.

2 (Unicamp-SP) O césio 137 é um isótopo radioa-tivo produzido artificialmente. O gráfico a seguir indica a porcentagem desse isótopo em função do tempo.

100

100

80

80

60

60

40

40

20

200tempo (anos)

cési

o 1

67(%

)

a) Qual a meia-vida desse isótopo? b) Decorridos 80 anos de produção do isótopo,

qual a sua radioatividade residual?

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS

1 (Unesp-SP) A natureza das radiações emitidas pela desintegração espontânea do 92U

234 pode ser estudada através do arranjo experimental mostra-do na figura:

1 2 3

detector

bloco de chumbo

23492 U

+ -

A abertura do bloco de chumbo dirige o feixe de radiação para passar entre duas placas eletrica-mente carregadas, verificando-se a separação em três novos feixes, que atingem o detector nos pontos 1, 2 e 3.

a) Qual o tipo de radiação que atinge o detector no ponto 3? Justifique.

b) Representando por X o novo núcleo formado, escreva a equação balanceada da reação nucle-ar responsável pela radiação detectada no pon-to 3.

Resolução: a) O tipo de radiação que atinge o detector no

ponto 3 é a radiação alfa (α), pois essa radiação apresenta carga positiva, sendo atraída para a placa negativa.

b) A representação correta seria: 92U234 – α4

2 →

X23090 ; pois, quando é emitida uma partícula al-

fa, o número atômico diminui de duas unida-des e o número de massa diminui de 4 unidades.

2 Ao se desintegrar, o átomo 86Rn222 emite 3 partí-culas 2αααα

4 e 4 partículas -1ββββ0. Determine os núme-

ros atômicos e de massa do átomo resultante. Resolução: A partícula alfa diminui o número atômico de du-

as unidades e o número de massa de 4 unida-des. Já, a partícula beta aumenta o número atômico em 1 unidade. Desta forma, o materi-al, depois que emitir todas as partículas cita-das, o número atômico terá diminuído de 2 unidades e o número de massa de 12 unidades.

86Rn222 – 3 α42 – 4 -1β

0 → X21084

Editora Exato 23

EXERCÍCIOS

1 Uma das técnicas de conservação de alimentos baseia-se no uso de radiação gama proveniente, por exemplo, do decaimento do cobalto-60, que pode ser representado pelas equações seguintes.

� βNiCo 01

6028

6027 −

∗ +→

� γNiNi 6028

6028 +→∗

A radiação gama, ao penetrar nos alimentos mata os microorganismos que aceleram o seu apo-drecimento. Com base nessas informações, julgue os itens subseqüentes.

1111 A partícula emitida na equação I é um elétron. 2222 Segundo a equação II, a radiação emitida ori-

gina-se de transições que envolvem níveis ele-trônicos.

3333 Para que a radiação gama possa matar os mi-croorganismos, é necessário adicionar uma substância radioativa aos alimentos, o que os contamina, podendo causar sérios riscos à saú-de humana.

4444 O átomo de níquel é isótopo do átomo de co-balto.

2 Ao acessar a rede Internet, procurando algum texto a respeito do tema radioatividade no “Ca-dê?” (http://www.cade.com.br), um jovem depa-rou–se com a seguinte figura, representativa do poder de penetração de diferentes tipos de radia-ção.

I

II

III

Pedaço fino depapel, metal outecido

Chapa demetal

Chapa grossade chumboou concreto

Com o auxílio da figura, julgue os itens abaixo. 1111 A radiação esquematizada em II representa o

poder de penetração das partículas beta. 2222 A radiação esquematizada em III representa o

poder de penetração das partículas alfa. 3333 As partículas alfa e beta são neutras. 4444 Quando um núcleo radioativo emite uma radi-

ação do tipo I, o número atômico fica inaltera-do.

3 Em 1987, Goiânia foi sede de um acidente nucle-ar grave, que envolveu o isótopo radioativo césio-

137. A desintegração do Cs137 pode ser repre-sentada pelas seguintes equações.

� BaCs13756

01

13755 +→− β

� γ+→ BaBa13756

13756

instável estável Acerca desse assunto, julgue os itens a seguir. 1111 O césio-137 difere do césio-133 em relação

ao número de prótons. 2222 No processo de desintegração, o césio produz

um átomo com maior número de massa. 3333 Recipientes de chumbo ou concreto são usa-

dos para blindar a radiação γ, a qual apresenta maior grau de penetração em tecidos humanos que as partículas β.

4444 O césio, por ser radioativo, tem propriedades químicas diferentes das dos metais alcalinos.

4 A presença de isótopos radioativos é uma forma importante de poluição da atmosfera nas edifica-ções. Muitas rochas e solos contêm urânio–238

( U23892 ), cuja meia–vida é de 4,5 x 109 anos. O

seu decaimento radioativo envolve 14 etapas e termina com a formação do núcleo estável de

Pb20682 (grupo 14 e 6o período da tabela periódi-

ca). A seqüência de desintegrações abaixo repre-senta algumas etapas desse decaimento com as respectivas partículas emitidas.

Ra22688 →α

Rn22286 →α

Po21884 →α

Pb21482

→βBi

21483 →β

Po21484 →α

Pb21082 →β

Bi21083 ...

O 222Rn(g), uma das espécies observadas na se-qüência acima, compõe uma das fontes de material radioativo proveniente de uma capa do primeiro me-tro do solo, que pode vazar para dentro das edifica-ções.

Antônio A. Mozeto. Química atmosférica: a química sobre nos-sas cabeças. In: Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, São

Paulo: SBQ, no 1, 2001, p 47 (com adaptações)

A partir dessas informações, julgue os itens a se-guir.

1111 A quantidade de átomos Pb20682 existentes em

uma amostra de minério de urânio permite sa-

ber o número de átomos de U23892 que sofreu

decaimento e, portanto, estimar a idade do mi-nério.

2222 Na desintegração do urânio–238 com decai-mento até o rádio, são emitidas duas partículas α e três partículas β.

3333 A seqüência de desintegrações apresenta nu-clídeos instáveis de chumbo.

Editora Exato 24

4444 O bismuto localiza–se no 6o período da coluna 16 da tabela periódica.

5 O radônio é o gás que ocorre em menor propor-ção na atmosfera. É radioativo e um dos seus isó-topos decai (com meia-vida de 3,8 dias), conforme a seguinte equação nuclear:

α+→ partículaPoX 21884

22286

Com o auxílio das informações acima, julgue os itens que se seguem: 1111 O símbolo do radônio é Ra. 2222 O tempo necessário para que toda a atmosfera

de radônio se transforme em polônio é de 3,8 dias.

3333 A partícula α é idêntica ao núcleo de um áto-

mo de He42 .

4444 O número atômico e o número de massa do ra-dônio são, respectivamente, 222 e 86.

5555 O processo descrito na equação ocorre na ele-trosfera do radônio.

6 Um relógio, feito há 25 anos, foi fabricado com ponteiros que contêm, entre outras coisas, trítio. Qual a massa de trítio colocada no relógio quan-do de sua fabricação, sabendo que hoje ele con-tém 11,7 mg desse isótopo, cuja meia-vida vale 12,5 anos?

7 (UFU-MG) Preparam-se 8,0 mg do radioisótopo 84

218Po, cuja meia-vida é 3,1 minutos. Restará a-penas 1,0 mg desse nuclídeo, após: a) 3,1 minutos. b) 6,2 minutos. c) 9,3 minutos. d) 12,4 minutos. e) 24,8 minutos.

8 (FESP-SP) Uma amostra de 64 g de uma subs-tância radioativa apresenta um período de semi-desintegração de 20 h. O tempo necessário para a amostra ficar reduzida a 2 g será: a) 64 h. d) 100 h. b) 48 h. e) 72 h. c) 36 h.

9 (VUNESP) O acidente do reator nuclear de Chernobyl, em 1986, lançou, para a atmosfera, grande quantidade de 90

38Sr radioativo, cuja meia-

vida é de 28 anos. Supondo ser esse isótopo a ú-nica contaminação radioativa, e sabendo que o local poderá ser considerado seguro quando a quantidade de 90

38Sr se reduzir, por desintegração,

a 16

1 da quantidade inicialmente presente, o local

poderá ser habitado novamente a partir do ano de: a) 2004. d) 2986. b) 2098. e) 3000. c) 2266.

GABARITO

Estudo Dirigido

1 12000mg ou 12g.

2 a) Aproximadamente 50 anos. b) Aproximadamente 20%.

Exercícios

1 C, E, E, E

2 C, E, E, E

3 E, E, C, E

4 C, E, C, E

5 E, E, C, E, E

6 46,8 mg

7 C

8 D

9 B