COLÉGIO JOSÉ AUGUSTO VIEIRA

ALUNO(A).:______________________________________________________DATA.:____/____/______DISCIPLINA.: Química PROFESSOR.: Davis Fraga da Silveira TURMA.: 2º Ano “A” e “B” APOSTILA DE RADIOATIVIDADE

RADIOATIVIDADE

HISTÓRICO DA RADIOATIVIDADE

Em 1895, o físico alemão Wilhelm Konrad Roentgen (1845-1923), introduziu

modificações na Ampola de Crookes e conseguiu produzir os raios X (assim

chamados porque eram de natureza desconhecida). Roentgen verificou também que

os raios X tornaram fluorescentes ou fosforescentes certas substâncias.

Vale ressaltar que as substâncias fluorescentes e fosforescentes emitem luz após

receberem energia, como, por exemplo, as radiações eletromagnéticas (luz, raios X,

etc). Cessando o fornecimento de energia as fluorescentes param imediatamente de

emitir luz (como os letreiros nas estradas de rodagem), enquanto as fosforescentes

continuam emitindo por mais algum tempo, durante segundos ou até alguns dias

(como, por exemplo, os ponteiros luminosos dos relógios).

Em 1896, o químico francês Henri Becquerel (1852-1908) procurou estudar o caminho

inverso àquele observado por Roentgen, isto é, se as substâncias fluorescentes ou

fosforescentes seriam também capazes de emitir, por si próprias, os raios X. Ao usar o

sulfato duplo de potássio e uranila, K2 (UO2) (SO4)2, Becquerel verificou que, ainda que

permanecesse no escuro muitos dias (e, portanto, sem receber energia externa), essa

substância conseguia emitir radiações que impressionavam chapas fotográficas

mesmo quando envolvidas em papel preto. Sem dúvida, alguma emissão

desconhecida estava saindo daquele sulfato, atravessando o papel e chegando até a

chapa fotográfica. Essas emissões foram chamadas inicialmente de Raios de

Becquerel e, posteriormente de emissões radioativas ou radioatividade.

Posteriormente, o casal Marie e Pierre Curie verificou que todos os sais de urânio

apresentavam a propriedade de impressionar chapas fotográficas; concluiu-se então,

que o responsável pelas emissões era o próprio urânio.

Extraindo e purificando o urânio, do minério Pechblenda, U3O8, proveniente da

Tchecoslováquia, o casal Curie verificou que as impurezas eram mais radioativas que

o próprio urânio; dessas impurezas eles separaram, em 1898, um novo elemento

químico, o Polônio, 400 vezes mais radioativo que o urânio.

Novas separações e purificações feitas por Marie Curie levaram à descoberta do

elemento químico Rádio, 900 vezes mais radioativo que o urânio.

DEFINIÇÃO DA RADIOATIVIDADE

É a emissão espontânea de partículas e/ou radiações pelo núcleo de um

átomo. Elementos que apresentam esta propriedade são chamados radioativos.

As principais emissões são:

- Partícula alfa ()

- Partícula beta ()

- Partícula gama ()

A radioatividade é um fenômeno nuclear, logo não é influenciada pela temperatura,

pressão ou forma que o elemento se encontra (se livre ou combinada).

Alguns termos importantes:

Núcleons – São os prótons e nêutrons em conjunto.

O número de massa é o número total de núcleons em um núcleo.

Nuclídeo – Qualquer isótopo de qualquer átomo.

Radionuclídeos – São aqueles que emitem radiação espontaneamente.

1-PARTÍCULAS E RADIAÇÕES

Partículas : constituídas por 2 prótons e 2 nêutrons.

Representação: 24

Corresponde ao núcleo do átomo de hélio.

Partículas : correspondem a elétrons emitido pelo núcleo radioativo.

Obs.: A partícula é resultado da desintegração de um nêutron.

Nêutron próton + elétron() + neutrino

Radiações gama (): são ondas eletromagnéticas com energia superior a da luz e

dos raios X.

1.1- Lei de Soddy (1911) – 1ª Lei da Radioatividade.

“Quando um radionuclídeo emite uma partícula , seu número de massa diminui de 4

unidades e seu número atômico diminui 2 unidades.

A

ZX

4+A -4

Z -2Y

2

Ex.:

238

Q 8U

4+234

Q 0Th

2

1.2- Lei de Soddy, Fajans e Russel. 2ª Lei da Radioatividade – (1913).

“Quando um núcleo emite uma partícula beta, forma-se um novo núcleo com igual

número de massa e número atômico uma unidade maior”.

Ex.:

* * * A emissão da radiação não altera nem o número de massa, nem o número

atômico, mas apenas a energia do núcleo.

A emissão de uma onda eletromagnética (radiação ) ajuda um núcleo instável a se

estabilizar.

Obs.: É importante dizer que, das várias ondas eletromagnéticas (radiação , raios X,

microondas, luz visível, etc.), apenas os raios são emitidos pelos núcleos atômicos.

1.2- Poder de Penetração

As radiações , e possuem diferentes poderes de penetração, isto é,

diferentes capacidades para atravessar os materiais.

Comparação entre as radiações , e .

EXERCÍCIOS DE SALA

01. Para cada um dos radionuclídeos mostrados a seguir, escreva a equação que

representa a emissão radioativa.

a) , um emissor presente no ar.

b) , um emissor presente em algum mineral.

c) , um emissor presente no ar e em todos os seres vivos.

02. Quando um nuclídeo emite uma partícula ele se transforma em seu isótopo,

isóbaro ou nenhum deles?

2- RADIOATIVIDADE NATURAL

Elementos radioativos estão sujeitos a um decaimento radioativo, ou desintegração

para formar diferentes elementos.

Cada nuclídeo radioativo desintegra-se de acordo com uma velocidade

constante e específica, que é expressa em unidades de meia vida.

A meia vida (t ½) é o tempo necessário para que metade de uma dada quantidade de

um nuclídeo radioativo se desintegre.

Ex.: tem t½ = 4,5 x 10 anos

tem t½ = 2,4 segundos

3- RADIOATIVIDADE ARTIFICIAL

Em 1932, Irene Curie, filha dos descobridores do rádio (Pierre e Marie Curie), e

seu marido Frederic Joliot descobriram que elementos químicos leves podiam tornar-

se radioativos: bombardearam boro, alumínio, magnésio e outros elementos leves com

partículas e obtiveram uma emissão de pósitrons (elétrons positivos), que continuou

mesmo depois de cessado o bombardeio com partículas .

Ex.:

4- TRANSMUTAÇÃO ARTIFICIAL

Até 1919, só se conhecia a transmutação natural ou espontânea, isto é, a

transmutação dos elementos radioativos naturais. Naquele ano, porém, Rutherford

conseguiu, pela primeira vez, a transmutação artificial, também denominada

transmutação provocada ou ainda experimental. Submetendo o nitrogênio ao

bombardeio com partículas , emitidas pelo , Rutherford obteve a transmutação

do nitrogênio em oxigênio, segundo a equação:

Outra reação de transmutação muito importante, responsável pelo descobrimento

do Nêutron, foi feita por Jones e Chadwick em 1932. Ao bombardear o isótopo do

com partículas , Chadwick percebeu que se formavam o C e uma nova partícula que

ele denominou nêutron.

Irene Curie, filha de Marie Curie, e seu marido Frederic, realizando

experiências com bombardeamento de alumínio com partículas , em 1934,

perceberam que eram produzidos um isótopo de e um nêutron. A reação nesta

etapa é:

Eles perceberam também que esse isótopo do fósforo era radioativo e emitia

uma partícula de massa igual à do elétron, mas com carga positiva. A essa nova

partícula foi dado o nome de pósitron, cuja representação é:

Sendo que ela originava um isótopo do silício. Essa reação é representada por:

5- FISSÃO NUCLEAR

Em 1934, o físico italiano Enrico Fermi iniciou uma série de experiências,

bombardeando o com nêutrons na tentativa de obter elementos transurânicos.

Esse procedimento produz fragmentação do , dando origem a dois outros

núcleos menores, com liberação de dois a três novos nêutrons do próprio núcleo do

; os nêutrons liberados atingem outros núcleos de e provocam a mesma

transmutação. É assim que a reação nuclear, uma vez iniciada, continua em cadeia.

Para que uma reação em cadeia seja auto-sustentável é preciso começar com uma

massa crítica. Quando se usa uma massa crítica inferior a quantidade mínima, muitos

nêutrons escapam sem se combinar com outros núcleos, e a reação em cadeia não

ocorre.

Ex.:

Obs.: A energia liberada na fissão de 1g de é equivalente à liberada na explosão

de 25 toneladas de T.N.T.

a)UTILIZAÇÃO DE FISSÕES NUCLEARES

Em bombas atômicas, nos reatores nucleares.

A bomba atômica é uma bomba de fissão. Sua operação baseia-se no princípio de

uma reação em cadeia muito rápida e que libera uma tremenda quantidade de

energia.

Tanto bombas atômicas quanto reatores nucleares dependem de reações auto-

sustentáveis de fissão nuclear em cadeia.

A diferença é que na bomba, a fissão é incontrolada, enquanto em um reator

nuclear a fissão é moderada e cuidadosamente controlada.

6- FUSÃO NUCLEAR

É o processo inverso ao da fissão nuclear: consiste na união de dois núcleos de

átomos, dando origem a outro núcleo. Esta reação se dá com uma liberação de

energia ainda maior que a da fissão nuclear e constitui o princípio de funcionamento

da bomba de hidrogênio.

Ex.:

Utilização da Fusão Nuclear

A bomba de hidrogênio, a energia solar.

7- MEDIDA DA RADIOATIVIDADE

A radiação emitida por fontes radioativas é tão energética que é chamada de

radiação ionizante. Quando atinge um átomo, ou uma molécula, um ou mais elétrons

são arrancados, criando-se íons.

Um dos instrumentos comumente utilizados na detecção e medida da radioatividade, o

contador Geiger baseia-se neste fato. Quando a radiação, tal como a partícula , entra

no contador, parte do argônio presente no interior é ionizado e um pulso de corrente

flui, sendo amplificados e aparecem como sinais na forma de cliques audíveis, luzes

piscando, leituras numéricas.

A unidade usada para expressar a quantidade de radioatividade produzida é o

Curie.

Um Curie (Ci) é definido como sendo a quantidade de material radioativo

produzindo 3,7 x 1010 desintegrações por segundo.

Obs.: Roetgen (R) é uma unidade de exposição à radiação X ou gama, baseada na

quantidade de ionização produzida no ar. 1R = 2,1 x 109 íons/cm3

8- SÉRIES RADIOATIVAS

O conjunto de elementos que têm origem na emissão de partículas alfa e beta,

resultando como produto final, um isótopo estável do chumbo.

Há três séries naturais importantes:

Série do Urânio – 238

Série do Tório (Th)

Série do Actínio (Ac) ou Série do Urânio – 235

9- CINÉTICA RADIOATIVA

Estuda a maior ou menor rapidez com que os átomos se desintegram.

a) Tempo de meia-vida (t½ ou P)

É o tempo necessário para a desintegração da metade dos átomos radioativos.

b) Constante Radioativa

Indica a fração de átomos que se desintegra na unidade de tempo.

Ex.: C = 1/2300 ano-1; haverá desintegração de 1/2300 dos átomos presentes, por ano;

ou seja, de um conjunto de 2300 átomos de , apenas 1 átomo irá se desintegrar,

por ano, em média

c) Vida Média

É a média aritmética dos tempos de vida de todos os átomos do isótopo.

9.1. Tratamento Matemático

a) Fórmulas para período de meia-vida n=

Onde:

n: número de átomos final ainda não desintegrados.

no: número de átomos inicial.

x: quantidade de períodos de meia-vida.

b) Relação entre Vida Média e Constante Radioativa

Vm=

c) Relação entre período de meia-vida, constante e vida média.

P 0,7 Vm