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Leonardo Laércio dos Santos

PORTFÓLIO

DE QUÍMICA NUCLEAR

Caruaru, Fevereiro de 2013.

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

CENTRO ACADÊMICO DO AGRESTE

NÚCLEO DE FORMAÇÃO DOCENTE

LICENCIATURA EM QUÍMICA

LEONARDO L. SANTOS

PROFESSORA JANE

A QUÍMICA NUCLEAR NO

CONTEXTO HISTÓRICO DA

CIÊNCIA, TECNOLOGIA E

SOCIEDADE.

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SUMÁRIO

Tópico 1 – Conhecendo um portfólio..............................................................................04

Tópico 2 – Síntese de artigos...........................................................................................05

Tópico 3 – Situações Problemas......................................................................................10

Tópico 4 – Mapa Conceitual...........................................................................................17

Tópico 5 – Glossário.......................................................................................................18

Tópico 6 – Referências....................................................................................................19

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Tópico 1 PORTFÓLIO

CONHECENDO UM PORTFÓLIO

Segundo BARRET, H., um portfólio é uma coleção proposital do trabalho

estudantil que demonstra esforço, progresso e realização, fornecendo um quadro mais rico

do desempenho dos alunos quando comparado as mais tradicionais formas objetivas de

avaliação. A maioria dos portfólios baseados em padrões tradicionais são organizados em

divisórias e seções de documentos em papel. Em contrapartida, um portfólio eletrônico

utiliza tecnologia multimídia permitindo aos alunos ou professores coletar e organizar

artefatos do portfólio em diversos tipos de mídia (áudio, vídeo, gráficos, texto) conectados

com links hipermídia que evidenciam padrões apropriados.

BIRGIN, O. e BAKI, A., em “The Use of Portfolio to Assess Student’s

Performance” afirmam que recentes desenvolvimentos educacionais, como o

construtivismo e as teorias de inteligências múltiplas, bem como a sociedade tem solicitado

novas tendências em gerar uma mudança radical nas abordagens tradicionais de instrução e

avaliação. Sendo assim, as abordagens alternativas de avaliação são necessárias avaliar tanto

o processo de aprendizagem como o produto. Para tal, um dos métodos alternativos de

ensino utilizados na avaliação do desempenho individual ou de grupos de estudantes é o

portfólio.

Pesquisas como as de BIRGIN, 2003; DE FINA, 1992; GUSSIE, 1998; MICKLO,

1997; MUMME, 1991; NORMAN, 1998;, enfatizam a importância do uso de portfólio e,

segundo eles, o portfólio apresenta dados mais confiáveis e dinâmicos sobre os alunos para

professores, pais e também dos próprios estudantes. Além disso, usando esse método

avaliativo em escolas primárias proporciona a obtenção de informações claras sobre os

alunos proporcionando ao professor planejar o progresso do ensino e colmatar as

fraquezas dos alunos.

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Tópico 2 SÍNTESES DE ARTIGOS

ARTIGO CIENTÍFICO I

Título do artigo: “A descoberta dos raios X: o primeiro comunicado de Röntgen”.

Bibliografia: Revista Brasileira de Ensino de Física Vol. 20, nº 4, Dezembro, 1998.

Apresentação:

O artigo apresenta uma tradução do primeiro trabalho de Röntgen, comentando

seus precedentes e seu contexto científico. Retratando a grande repercussão da descoberta

dos raios-x entre pesquisadores da época e fazendo instaurar neles, incessante busca

profunda e repetição dos primeiros estudos de Röntgen.

Estrutura:

O trabalho encontra-se estruturado em 19 páginas sob a formatação de oito tópicos

essenciais, os quais fazem desenrolar todo conteúdo textual. (Introdução; A descoberta; Raios

catódicos; Primeiras observações de Röntgen; Estudo das propriedades dos novos raios; A divulgação da

descoberta; Houve predecessores de Röntgen?, Observação sobre a tradução – do texto Wilhelm Conrad

Röntgen: Sobre um novo tipo de raios).

Conteúdo:

“A descoberta dos raios X: o primeiro comunicado de Röntgen” remete

inicialmente ao contexto histórico vivenciado pelo cientista alemão nascido em 27 de

março de 1845. Estudou na universidade de Utrech 1865, em 1866 obteve diploma de

engenheiro, doutorou-se em física em 1869, lecionou em outras universidades e retornou

em 1888. Aos 50 anos de idade, em 1895, Röntgen descobriu os raios X, recebendo o

Prêmio Nobel em física em 1901, por essa descoberta. Röntgen estudava os fenômenos

que acompanhavam a passagem de uma corrente elétrica através de um gás a baixas

pressões, seu maior interesse era nos raios catódicos e na determinação de seu alcance após

emitidos pelos tubos de Crookes. Para sua surpresa ao experimentar uma corrente pelo

tubo observou uma linha preta peculiar no papel contendo platino-cianeto de bário que

estava em sua mesa. Concluiu então, que raios saíam do tubo e tinham um efeito

luminescente sobre o papel.

Incialmente Röntgen tinha receio de divulgar suas descobertas, pois tinha uma

reputação científica sólida a preservar, e não queria divulgar algo inserto, bem como

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acreditava que outros pesquisadores tomassem a sua frente da pesquisa. Mas após dias de

intenso trabalho experimental e confiante de sua descoberta, Röntgen decidiu redigir e

publicar a primeira descrição sobre um novo tipo de radiação denominada de “raios x” por

ser de natureza desconhecida. Ciente de sua ilustríssima descoberta enviou inúmeras

separatas para aos mais importantes cientistas da época antes mesmo da revista ser

preparada para publicação. Em poucos dias seu trabalho já estava sendo lido e comentado

em todas as sociedades científicas. Muitos cientistas da época alegavam que o fenômeno já

havia sido descoberto, levados pelo ciúme e inveja e provocando grandes agitações, o que

impedira Röntgen de pesquisar.

Físicos como Swinton, afirmou em um artigo que Hertz já havia notado que filmes

de metal são transparentes aos raios catódicos de um tubo de Crookes e, portanto a

descoberta de Röntgen não é completamente nova. Lenard já havia percebido que esses

raios produziam impressões fotográficas. Assim como Johann Hittorf, Eugen Goldstein e

Philipp Lenard já tinham observado o fenômeno da fluorescência.

Apesar de apresentar informações de poucas fontes, o autor trás uma visão clara de

como se deu o desenvolvimento e descoberta dos raios x, mostrando as dificuldades e

limitações que perfazem o mundo científico e colocam o experimentador frente a desafios

indesejáveis.

� Pontos para serem discutidos em sala;

• Evolução científica ancorada a experimentação; • Fundamentação teórica interligada com a prática; • Modelos e pesquisas subjacentes; • Reconhecimento do novo trabalho; • Causas, usos e efeitos; • “Igualdade” científica;

ARTIGO CIENTÍFICO II

Título do artigo: “como becquerel não descobriu a radioatividade”

Bibliografia: Cad. Cat. Ens. Fís., Florianópolis, 7 (número especial): 27-45, jun. 1990. Roberto de A. Martins, Depto. de Raios Cósmicos e Cronologia Instituto de Física “Gleb Wataghin” UNICAM Campinas-SP.

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Apresentação:

O artigo mostra qual foi o trabalho de Becquerel, o longo e tortuoso caminho que

levou à descoberta da radioatividade e discute as dificuldades de compreensão dos fatos

que eram observados. Esse episódio é muito instrutivo, por mostrar claramente como as

expectativas teóricas podem influenciar as próprias observações, levando o pesquisador a

ver coisas que não existem.

Estrutura:

O trabalho está dividido em 18 páginas sob a organização de 8 tópicos: Introdução, a

descoberta dos raios x, a radiação dos corpos luminescentes, a contribuição de Henri Becquerel, os dois

primeiros anos, a descoberta de novos materiais radioativos, etapas posteriores, conclusão.

Conteúdo:

Após fazer um apanhado geral sobre a descoberta dos raios x de Roentgen,

evidenciando muitas preocupações de cientistas da época em desvendar em que consistia

esse fenômeno e principalmente a relação entre fluorescência e raios x, ressaltam-se as

diversas descobertas relatadas por Becquerel após o reconhecimento de pistas

hodiernamente falsas (a radiação de corpos luminescentes). Henri Becquerel descobriu que

o urânio e seus compostos emitiam uma radiação penetrante, mas interpretou o fenômeno

como um tipo de fosforescência invisível. Da mesma forma que Charles Henry e

Niewenglowski, do qual Becquerel teria reproduzido o experimento deste último, guiados

pela sugestão de Poincaré de que os materiais luminescentes emitissem raios x. Becquerel,

bem como os cientistas da época descreveram fenômenos inexistentes como, por exemplo,

o aumento da radiação do material de urânio quando excitado por luz. Somente em 1898

dois pesquisadores, independentemente, tiveram a ideia de tentar localizar outros materiais,

diferentes do urânio, que emitissem radiação do mesmo tipo começando assim a

desenvolver um estudo mais rebuscado sobre radioatividade e fazendo correções dos erros

de Becquerel. É a partir de então que Marie Curie chega a uma formulação do conceito de

radioatividade possibilitando o esclarecimento da natureza das emissões radioativas, onde

Rutherford e Soddy apresentaram a teoria das transformações radioativas.

� Para discussão

� Contradição das expectativas teóricas

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ARTIGO CIENTÍFICO III

Título do artigo: “Aston e a descoberta dos isótopos”

Bibliografia: MEDEIROS, A., Química Nova na Escola, Aston e os Isótopos nº 10, Novembro – 1999.

Apresentação:

O presente trabalho traz a importância da descoberta dos isótopos para história da

ciência, mostrando o quão útil tal descoberta foi para o desenvolvimento de conceitos de

química e física na primeira metade deste século. Evidencia o quão significativo e central

foi o trabalho de Aston na história da construção do conhecimento.

Estrutura:

O artigo encontra-se estruturado em seis páginas categorizadas sob os tópicos: A

trajetória inicial de Aston, a polêmica sobre o segundo postulado de Dalton, as tentativas de Aston na

procura dos isótopos.

Conteúdo:

O trabalho aqui reportado inicia-se com a apresentação de concepções

alternativas sobre a conceituação de isótopos por alunos do ensino médio e superior de

química e física, onde são evidenciadas distintas capacidades de enunciação de tal

conceito. Diante disso, o autor aponta para a incoerência do ensino descontextualizado

da existência de isótopos da natureza. Para o autor, o conteúdo parece ser apresentado

de modo asséptico, desprovido de significado para o aluno. No entanto, busca oferecer

um pequeno resgate histórico da construção do conceito de isótopos que possa vir a ser

útil aos interessados na problemática da construção das ideias científicas. Sendo assim,

descreve que Aston não foi o primeiro a utilizar o conceito de isótopo, mas sim o

primeiro a estabelecer evidências convincentes de que tal conceito não se restringia aos

elementos radioativos, ou seja, que a existência dos isótopos era mais uma regra que

uma exceção. Logo após a descoberta de um espaço escuro próximo ao cátodo, fruto de

pesquisas experimentais, Aston foi convidado por Thonson para trabalhar como seu

assistente nos laboratórios Cavendish, na Universidade de Cambridge, em um estudo

sobre os raios canais, ou raios positivos. É justamente nesse intervalo de tempo até o

início da Primeira Guerra Mundial que Aston encontrou evidências da existência de

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dois isótopos do neônio, utilizando para tal fim um espectrógrafo de massa, por ele

mesmo construído.

� Ponto para discussão

� Descontextualização do ensino

ARTIGO CIENTÍFICO IV

Título do artigo: “O modelo padrão da física de partículas”

Bibliografia: MOREIRA, M. A., Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 31, n. 1, 1306 (2009).

Apresentação:

Nesse trabalho o autor busca inicialmente apresentar de modo simplificado, o modelo padrão como uma teoria sofisticada que identifica as partículas elementares e suas interações. Mas a finco, depois no âmbito dessa teoria, adentra nos aspectos como: o vácuo não é vazio; partículas nuas e vestidas; matéria escura e vento escuro; matéria e antimatéria; o campo e o bóson de higgs; neutrinos oscilantes.

Estrutura:

O artigo está apresentado em onze páginas regidas dos tópicos: o vácuo não é vazio; partículas nuas e vestidas; matéria escura e vento escuro; matéria e antimatéria; o campo e o bóson de higgs;

neutrinos oscilantes.

Conteúdo:

Figura 1. Modelo padrão da física de partículas.

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Tópico 3 Situações Problemas

1. Relacionar, em ordem cronológica, as descobertas resultantes das pesquisas realizadas por: (i) Roentgen (ii) Becquerel (iii) Curie (iv) Aston.

Roentgen

� Em junho de 1894 observou raios

catódicos no ar e em hidrogênio;

� Em outubro ou novembro de 1895

observou pela primeira vez os

raios x;

� Entre 1894-1895 descobriu que esses raios se propagavam em linha reta, produzindo sombras regulares; eram altamente penetrantes e capaz de produzir fluorescência.

Becquerel

� Entre 1882 a 1887 estudou sobre fosforescência de várias substâncias, em particular os espectros de fluorescência de sais de urânio;

� Em 1896 “descobriu a radioatividade”;

� No corrente ano descobre que a radiação emitida pelo sal de urânio estudado é capaz de descarregar um eletroscópio.

Curie

� Em abril de 1898 descobriu que o tório emite radiações como o urânio;

� Em 1898 descobre o rádio; � Em 1899 descobre o polônio;

Aston

� Entre 1909 a 1914 descobriu a existência de dois isótopos de neônio;

� Dentro desse intervalo de tempo, descobriu mais cerca de 212 isótopos naturais.

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2. Representar através de uma equação a relação entre energia e comprimento de uma onda eletromagnética e usar esta equação para calcular a energia (em joule e elétron-volt) de um fóton de raios-X cujo comprimento de onda é 1x10-10m.

Ε = hν

� h = constante de Planck, 6,626 x 10-34 J.s;

� ν = frequência = c/λ, c = velocidade da luz no vácuo, 2,998 x 108 m.s-1; λ =

comprimento de onda.

Logo,

E = hc/λ � E = 6,626 x 10-34 J.s . 2,998 x 108 m.s-1/1 x 10-10 m = 1,9865 x 10-16J

1eV --- 1,60217733 x 10-96

X --- 1,986478 x 10-16

X = 1239, 8595 eV

3. Explicar qual a diferença entre: (i) raios-X característico (ii) raios-X de bremsstrahlung (iii) raios gama.

� Raios X Característico

� Os raios x característicos são produzidos pela ionização de átomos de um dado material por partículas incidentes constituídas de alta energia. Essa energia apresenta intensidade suficiente capaz de retirar elétrons das camadas eletrônicas mais internas, gerando uma lacuna temporária o que torna o átomo instável e fazendo com que elétrons mais externos preencham esse “buraco”. Quando isso acontece, ao decair para um nível de energia menor, os elétrons mais externos liberam o excesso de energia na forma de radiação eletromagnética ionizante. Ilustração figura 1.

Figura 1: raios-X característico.

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� Raios X de bremsstrahlung

� Os raios x de bremsstrahlung ou de frenagem são produzidos quando elétrons interagem com o campo coulombiano de átomos com número atômico elevado, ocasionando uma redução de sua energia cinética e emissão dessa diferença de energia na forma de raios x. Figura 2.

Figura 2: raios x de bremsstrahlung

� Raios Gama

� A radiação gama é produzida em favorecimento de trazer o núcleo para um estado de menor energia, sem a perda de massa nuclear (próton ou nêutron). Figura 3.

Figura 3: radiação gama

4. Relacionar, por ordem cronológica, numa tabela os três tipos de emissões radioativas que foram caracterizadas após a descoberta da radioatividade, indicando: (i) a massa (ii) a carga elétrica (iii) ordem de grandeza da energia destes tipos de radiação.

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Tabela 2. Ordem cronológica das emissões radioativas.

Radiação Nuclear

Massa Carga Energia

αααα 4 +2 Não penetrante

ββββ 0 -1 Moderadamente penetrante

γγγγ 0 0 Muito penetrante

5. Definir os seguintes conceitos: (i) nucleons (ii) nuclídeo (iii) radionuclídeo (iv) hádrons (v) leptons.

� Nucleons

� Designação genérica das partículas que constituem o núcleo atômico, ou seja, o próton e o nêutron.

� Nuclídeo

� Átomo caracterizado por um número de massa e um número atômico determinados, e que tem vida média suficientemente longa para permitir a sua identificação com um elemento químico.

� Radionuclídeo

� Nuclídeo radioativo.

� Hádrons

� Designação genérica de partículas que sofrem interações fortes, e da qual se conhecem dois tipos: os bárions, formados por três quarks, e os mésons, formados por um quark e um antiquark.

� Léptons

� Férmion que não sofre interação forte e interage com outras partículas através de interações fracas, eletromagnéticas ou gravitacionais. São léptons: o elétron, o múon, o tau, e os neutrinos associados a cada uma dessas partículas. O número de léptons se conserva nas interações entre partículas. Para cada lépton existe uma antipartícula equivalente.

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6. Indicar qual o processo(s) nuclear (es) que resulta:

a. Na formação de um novo nuclídeo (FILHO) cujo número atômico é maior em uma unidade com relação ao nuclídeo original (PAI)?

R.: Emissão de partículas β

b. Na formação de um novo nuclídeo (FILHO) cujo número de massa é reduzido em quatro unidades com relação ao nuclídeo original (PAI)?

R.: Emissão de partículas α

c. Na liberação de radiação eletromagnética sem alteração tanto no número atômico como no número de massa do nuclídeo.

R.: Emissão de radiação gama

d. Na formação de um novo nuclídeo (FILHO) cujo número de número de nêutrons diminui em uma unidade com relação ao nuclídeo original (PAI)?

R.: Emissão de nêutron

e. Na formação de um novo nuclídeo (FILHO) cujo número de prótons diminui em duas unidades com relação ao nuclídeo original (PAI)?

R.: Emissão de partículas α

7. Relacionar as diferenças entre as reações nucleares e as reações químicas e explicar por que entidades químicas relacionadas a seguir têm característas químicas diferenciadas, mas apresentam os mesmos tipos de reações nucleares:

Uma reação nuclear caracteriza-se por ser uma transformação em que ocorrem mudanças no núcleo dos átomos. Ao contrário das reações químicas, que envolvem rearranjos de elétrons, as reações nucleares envolvem alteração do número de núcleos de um átomo, isto é, transformação dos núcleos atómicos. Estas reações podem originar novos isótopos de um átomo (por alteração do número de neutrões) ou, até mesmo, novos elementos (por alteração do número de protões).

Como as espécies identificadas apresentam números atômicos similares, os tipos de reações nucleares serão consequentemente os mesmos, já que estas se caracterizam por ocorrer envolvendo o núcleo atômico.

8. Marie Curie recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1903 pelos resultados das suas pesquisas com nuclídeos radioativos incluindo o polônio-218 que sofre

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transformação radioativa emitindo partícula alfa. Escreva a equação nuclear para esta desintegração.

218Po84 � AEZ + 4

α2

9. Definir a ordem decrescente do poder de penetração dos três tipos de radioatividade natural numa peça de chumbo.

γ > β > α

10. Após ler a reportagem, que foi publicada na Folha de São Paulo em dezembro de 2006, sobre o envenenamento do ex-espião russo com polônio-210, apresentada na página seguinte, e analisar os dados na tabela abaixo sobre os isótopos mais estáveis do polônio (http://en.wikipedia.org/wiki/Polonium) (i) levantar hipóteses para explicar porque os executores do assassinato optaram pelo uso deste radioisótopo e por que o envenenamento se deu através da ingestão (ii) indicar e justificar qual (is) das seguintes classes de compostos de polônio não é radioativa: polonetos, haletos, óxidos e hidreto.

R.:

i) O uso deste radioisótopo se deve ao fato de apresentar alta energia de decaimento e um tempo de vida curto.

ii) Como o elemento radioativo é o polônio, todas as classes de compostos deste são radioativas.

Tabela dos isótopos mais estáveis do polônio: iso=isótopo; NA=abundância natural; half-life=tempo de meia vida; syn=sintético; trace= traços (ppm); DM=modo de decaimento; DE=energia de decaimento; DP=produto de decaimento. (http://en.wikipedia.org/wiki/Polonium)

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Tópico 4 Mapa Conceitual

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Tópico 5 Glossário

� Decaimento radioativo

� Desintegração de partícula instável.

� Nucleons

� Designação genérica das partículas que constituem o núcleo atômico, ou seja, o próton e o nêutron.

� Férmion � Partícula com spin semi-inteiro, e que obedece a estatística de fermi-

Dirac.

� Glúon � Bóson vetorial de massa nula, mediador das interações fortes entre

quarks, e responsável pela força de coesão que mantem os quarks unidos para formar hádrons.

� Nuclídeo

� Átomo caracterizado por um número de massa e um número atômico determinados, e que tem vida média suficientemente longa para permitir a sua identificação com um elemento químico.

� Radionuclídeo

� Nuclídeo radioativo.

� Hádrons

� Designação genérica de partículas que sofrem interações fortes, e da qual se conhecem dois tipos: os bárions, formados por três quarks, e os mésons, formados por um quark e um antiquark.

� Léptons

� Férmion que não sofre interação forte e interage com outras partículas através de interações fracas, eletromagnéticas ou gravitacionais. São léptons: o elétron, o múon, o tau, e os neutrinos associados a cada uma dessas partículas. O número de léptons se conserva nas interações entre partículas. Para cada lépton existe uma antipartícula equivalente.

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Tópico 6 Referência Bibliográfica

VÉRTES, A., NAGY, S., KLENCSÁR, Z., LOVAS, G.R., RÖSCH, F., “Handbook of Nuclear Chemistry” – Second Edition.

LOVELAND, W., MORRISSEY, D.J., SEABORG, G.T., “Modern Nuclear Chemoistry”

GOMES, J.S. “Introduccion al estúdio de la química nuclear”

http://portfolio.alfarod.net/artigos.php

BARRET, H. “Eletronic Teaching Portfolios”, disponível em: http://electronicportfolios.com/portfolios/site99.html

BIRGIN, O., BAKI, A., “The use of portfolio to assess student’s performance. Journal of Turkish science education, volume 4, issue 2, September 2007.