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Descoberta do núcleo

• 1911- experimento de Rutherford

• Núcleo pequeno e positivo

• Raio nuclear: fentometro (1 fm = 10-15 m)

• Razão entre os raios (r):

rnúcleo / rátomo = 10-4

Forças nucleares

• Prótons muito próximos entre si

• Repelem-se pela força eletromagnética

• São mantidos no núcleo pela força forte

• Força de curtíssimo alcance

• A formação de núcleos requer temperaturas

acima de 106 K na evolução do Universo

Nuclídeos

• Termo utilizado para designar um

determinado tipo de núcleo caracterizado por:

• Número atômico (Z)

• Número de massa (A)

• Estado energético do núcleo

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Isótopos

• Nuclídeos com o mesmo número atômico

• Diferem no número de nêutrons e portanto

número de massa

• Pertencem ao mesmo elemento químico

Decaimento radioativo

• Quando um dado nuclídeo emite

espontaneamente determinados tipos de

partículas transforma-se em um nuclídeo

diferente

• Ocorre com nuclídeos energeticamente

instáveis

Decaimento alfa

• A partícula alfa corresponde ao núcleo de

Hélio (Z=2; A=4)

238U → 234Th + 4He

prótons 92 90 2

nêutrons 146 144 2

Decaimento beta

• O núcleo transforma um nêutron em um próton

• Como resultado são produzidos um elétron e um

neutrino (ν) que são liberados

• n → p + e- + ν

• Z aumenta: 15P → 16S

• A permanece constante (=32)

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Decaimento beta

• O núcleo transforma um próton em um nêutron

• Como resultado são produzidos um pósitron e um

neutrino (ν) que são liberados

• p → n + e+ + ν

• Z diminui: 29Cu → 28Ni

• A permanece constante (=64)

Nuclídeos estáveis

• Não sofrem decaimento radioativo

• Há 80 elementos químicos que possuem um

ou mais isótopos estáveis entre:

Z=1 (Hidrogênio) e Z=82 (Chumbo)

Exceto: Tecnécio (Z=43)

Promécio (Z=61)

Nuclídeos estáveis

• Existem 253 nuclídeos considerados estáveis sendo que:

• 90 nuclídeos são previstos teoricamente como estáveis (não sofrem decaimento espontâneo)

• 163 nuclídeos são teoricamente previstos como instáveis mas o decaimento ainda não foi detectado experimentalmente. Portanto ainda são considerados estáveis

Nuclídeos cuja instabilidade é

desconhecida experimentalmente

• podem na verdade serem radioativos com t1/2 muito

elevado

• decaimento não foi observado experimentalmente

• Exemplo: Bismuto-209

Somente em 2003 foi descoberto ser radioativo

(já era previsto teoricamente)

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Nuclídeos instáveis

• São conhecidos:

• 33 nuclídeos radioativos primordiais na

natureza

≈51 nuclídeos radioativos não primordiais

que ocorrem naturalmente

Nuclídeos primordiais

• Existem desde a formação do planeta Terra

(4,5×10+9 anos)

• o tempo de meia vida é muito grande e

portanto ainda estão presentes em

quantidades detectáveis

• Exemplo: Urânio-235 e Urânio-238

Nuclídeos radioativos

primordiais• Atualmente é possível detectar a presença de

nuclídeos primordiais com tempo de meia-vida de no mínimo 700 milhões de anos.

• Eventuais nuclídeos primordiais com tempo de meia-vida menores não são possíveis de serem detectados com os instrumentos disponíveis

• Nuclídeos que existiam na formação do planeta com t1/2 pequeno são chamados de extintos pois não existem mais atualmente.

Nuclídeos não-primordiais

radiogênicos

• Formados a partir do decaimento de outros

nuclídeos

• Estão constantemente sendo produzidos

• Ex.: 40K → 40Ar + e+ + ν (decaimento β)

• Aplicação: datação de rochas

Nuclídeos não-primordiais

cosmogênicos

• Formados pela presença de raios cósmicos

• Raios cósmicos na atmosfera produzem nêutrons que interagem com 14N produzindo14C:

• 14N + n → 14C + p

• Aplicação: datação em sítios arqueológicos

Urânio

• Z=92

• Vários isótopos conhecidos

• nenhum estável

• Isótopo ocorrência t1/2

U-238 99,3 % 44,7×10+8 anos

U-235 0,7 % 7,04×10+8 anos

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Urânio – reator nuclear

• A energia é liberada pela fissão do U-235

por nêutrons térmicos

• Requer enriquecimento de forma a obter 3%

de U-235 em U-238

Urânio primordial

• Isótopo 4,5 bilhões ano atrás hoje

U-238 70 % 99,3%

U-235 30 % 0,7%

Big Bang

• 15 bilhões de anos:

• Um ponto explode em um evento chamado

de Big Bang

• Formaram-se partículas com temperaturas

109 K

Big Bang

• Expansão do universo:

• Temperatura diminui

• Partículas começam a se agrupar

• Força forte: uniu prótons e nêutron (formação dos

núcleos leves)

Big Bang

• Temperatura continua diminuindo

• Força eletroamgnética: atraiu elétrons e

núcleos formando átomos

• Após 2h do Big Bang haviam formados

majoritariamente hidrogênio e hélio

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Big Bang

• Condensação pela gravidade de nuvens de

H e He formaram as primeiras estrelas

• Devido à compressão a temperatura

aumentou no interior da estrelas e reações

de fusão nuclear foram possíveis formando

elementos mais pesados

Big Bang

• C + He → O + energia

• A formação até Z=26 foi possível no

interior das estrelas

Formação de He no

interior do Sol

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