Radioquímica

Nucleões : possuem spin e quantidade de movimento

orbital.

Spins dos nucleões : + ½ , - ½

Quantidade de movimento angular total : I

I = L + S

L orbital

S spi

A quantidade de movimento angular é normalmente chamada de spin nuclear

Estado fundamental: tem spin diferente de um no estado excitado.

Spins intrínsecos : ±½

Movimentos orbitais:

A impar :

A par: 0 , 1 , 2 , 3, ....

Exemplos :

...25,2

3,21

3Na2

5O1Li23Li

27U1H2

1H22

1767

23521

Camadas Fechadas

Estabilidade associada com certos números de protões e neutrões.

2 , 8 , 28 , 58 , 50 , 82 ,126 – Números mágicos

126 – Mágico só para neutrões

Oxigénio ( z = 8 ) 1º elemento com 3 isótopos estáveis.

Cálcio ( z = 20 ) Tem 6 isótopos estáveis.

Estanho ( z = 50 ) possui mais isótopos estáveis do que qualquer outro elemento.

N = 20 , 28 , 50 5 isótonos (N=k) estáveis.

N = 82 único valor de N, com mais de 5 isótonos estáveis ( 7 ).

Altas abundâncias naturais para :

Alguns nuclídeos têm Z e N mágicos ( duplamente mágicos ).

Um paralelo com as camadas electrónicas fechadas dos gases raros ( 2 , 10 , 18 , 36 , 54 e 86 ): princípio de exclusão de Pauli.

8250208 PbSnCaOZ

Pb,Ca,O,He 20840164

Dimensões e forma do núcleo

Rutherford (1911) – Espalhamento da partículas - : primeiras informações sobre as dimensões do núcleo.

Diâmetro do núcleo = 1/104

Diâmetro do átomo

Diferentes métodos: valores diferentes para o raio do núcleo: os limites do núcleo não são bem definidos.

Raio nuclear: corresponde ao “range” das forças nucleares.

Diâmetro do átomo

Volume do núcleo: proporcional a A: todos os núcleos possuem a mesma densidade média:

Forma do núcleo : não é necessariamente esférica (os núcleos pares são esféricos ).

“ Oblate “ – oblato , achatado nos pólos.

“ Prolate “ – estendido , alongado nos pólos ( bola de Rugby ).

1,2.1014g/cm3

Homogeneidade – os núcleos não são homogéneos.

Possuem um “core” central, quase homogéneo,

circundado por uma camada externa, em que a

densidade cai a zero.

Mg ( Z = 12 )

Distância Radial ( Fermis )

Distribuição de carga num núcleo “grande” e num “pequeno”.

10 5 0 5 10

Densidade

de

Carga

Centro do Núcleo

Bi ( Z = 83 )

Propriedades do núcleo atómico

1086420

0.5

1

1.5

c

d

Dis

trib

uiçã

o r

ela

tiva

da

ca

rga

Raio r (10-13 cm)

d=“skin thickness”

Forças Nucleares caem de 90% para 10%

Propriedades do núcleo atómicoD

esn

sid

ad

e d

e ca

rga

(101

9 C

oul

om

b c

m3)

Distancia do centro (do núcleo) (10-13cm)

0 2 4 6 8 10

2

3

1

He Mg Co In Br

Raio do Núcleo

Teoria do espalhamento de partículas - pela matéria: novo modelo atómico.

Rutherford: deflexão de uma partícula a de um

ângulo grande: único encontro com o átomo e não

espalhamentos múltiplos: campo eléctrico intenso de

carga positiva no núcleo.

Força electrostática entre o núcleo e a partícula - a

(cargas pontuais):

Aparelho de Geiger e Marsden para o estudo da dispersão de partículas

Fórmula para a deflexão: considerações geométricas e físicas (leis da conservação da energia e da quantidade de movimento angular).

Fração de partículas espalhadas de um ângulo f :

2

1

2116

)(4220

senvM

eZZ

r

Ntnn e

N( ) nº de partículas espalhadas por unidade de área ( tela de ZnS ).

n0 nº de partículas incidentes.

t espessura do material espalhador.

N nº de núcleos / unidade de volume do material espalhador.

velocidade inicial da partícula -.

Massa

r distância da partícula – a um núcleo.

v

M

2

1

2116

)(4220

senvM

eZZ

r

Ntnn e

Massa= M

Carga = 2 e

Velocidade = V

Distancia do núcleo d, veloc v'

Conservação da energia:

.

Partícula

d

Z2´vM

2

1vM

2

1 2e22

Distância mínima d0: 0´v

cmv

Z10x4.1

vM

Z4d

25

2

2e

0

g10x67.1x4M

.e.e.u10x8.4e24

10

Velocidade de partículas naturais:

1,3x109 a 1,9x109 cm/s

Elementos leves: desvios do espalhamento de Rutherford - distância às quais as forças repulsivas parecem se tornar menores do que o previsto pela lei de Coulomb raios nucleares.

Auoparacm10x)6a3(

Cuoparacm10x)2a1(

Aloparacm10x)1a5.0(

d12

12

12

o

Elementos pesados: não se observaram desvios nas previsões da fórmula de espalhamento (com partículas - naturais). Os núcleos possuem raios não maiores que os valores calculados.

Com partículas - de energias mais altas do que as de fontes naturais foram observados desvios da Lei de Coulomb para elementos pesados.

Outros métodos de determinação: absorção e espalhamento de neutrões rápidos.

C 3.8 . 10-13 cmBi 8 . 10-13 cm

Teoria da emissão de partículas : R= 8,4 a 9,8 . 10-13 cm para os raios de núcleos -

emissores com A>208.

Os resultados globais podem ser representados pela fórmula empírica :

R= r0 A1/3

ro constante independente de A

r0 = 1,4 F com neutrões rápidos

1,3 F com decaimento -

1,6 F com reacções com partículas carregadas.

Conclusão: os volumes nucleares são praticamente proporcionais às massas nucleares ou seja, todos os núcleos possuem aproximadamente a mesma densidade.

D núcleo = A

4/3 r3 NA

NA = 6,022 . 1023 mol-1

D = 1,2 . 1014 gcm-3

* sessão de choque para neutrões de reactor.

secção de choque de (n,) para N.T.

f (efe) secção de choque de fissão para N.T.

abs secção de choque de absorção.

( n,p ) secção de choque ( n,p ).

( n, ) secção de choque ( n, ).

Radioatividade

RadioatividadeUm núcleo será radioativo se a sua massa é maior que a soma das massas dos nuclídeos a que dá origem

Unidades de radioatividade:- unidade do SI: becquerel (Bq)

1 Bq = 1 decaimento/s1 curie (Ci) (unidade antiga):

1 Ci = 3.7 x 1010 Bq;1 Ci = razão de desintegração de 1g de Ra

Entre 1898 e 1900, Ernst Rutherford e Paul Villard descobriram que a emissão radioativa pode ser de 3 tipos.

A radioatividade

- um núcleo instável emite espontaneamente partículas ou ondas, transformando-se em outro núcleo mais estável.

- A reação nuclear é denominada decomposição radioactiva ou decaimento.

- As entidades emitidas pelo núcleo são denominadas de radiações.

O fenómeno da radioatividade é exclusivamente nuclear.

não é afetado por nenhum fator, físico ou químico.

Tipos de Radiação

A Radiação Alfa

2 protões

+

2 neutrões

AZ ➔ A-4(Z-2) + 4He (α)

A Radiação Beta

A Radiação Beta

Hipótese de Fermi

Estabilidade e efeito de túnelSe é energeticamente favorável para um núcleo sofrer um decaimento alfa porque é que tal não ocorre imediatamente ?

- Barreira de energia

A Radiação Gama

Radiação electromagnética

Decaimento gama– Um núcleo num estado excitado emite um ou mais raios gama, passando a um estado de menor energia

ESPECTRO

E L E T ROMAGN E T I CO

Poder de Penetração