SEQUÊNCIA DIDÁTICA

CIÊNCIA E RESPONSABILIDADE – A RADIAÇÃO NA ATUALIDADE

Autores – Marcial de Carvalho Dias n°USP 3463573Fabio Fereira Rodrigues n° USP 3607164Thiago Augusto Cardoso n° USP 5127268Fernando Augusto n° USP 5642670

Semestre – 1/2009

TEORIA

- Estrutura da matéria e Radiação Eletromagnética

Modelos Atômicos: Thomson e Rutherford

Para os gregos haveria um ponto da matéria no qual, se a dividissem indefinidamente, teriam que parar pois seria a menor divisão que poderiam obter. Hoje sabemos que a matéria consiste de partículas inimaginavelmente pequenas. A menor partícula que pode existir de um elemento é chamada átomo.

O primeiro argumento convincente para átomos foi feito em 1807 pelo professor e químico inglês John Dalton. Realizou inúmeros experimentos que o levaram a desenvolver a sua hipótese atômica:

- Todos os átomos de um dado elemento são idênticos;- Os átomos de diferentes elementos têm massas diferentes;- Um composto é uma combinação específica de átomos de mais de um elemento.- Em uma reação química, os átomos não são criados nem destruídos, mas trocam

de parceiros para produzir novas substâncias.Dalton representou os átomos como se fossem esferas do tipo de uma bola de

bilhar. Hoje sabemos que os átomos têm uma estrutura interna: eles são construídos por partículas subatômicas menores.

A primeira evidência experimental da estrutura interna dos átomos foi a descoberta, em Thomson estava investigando os raios catódicos, que são emitidos quando uma alta diferença de potencial (uma alta tensão) é aplicada entre dois eletrodos (contatos metálicos) em um tubo de vidro sob vácuo. Thomson mostrou que os raios catódicos eram feixes das partículas carregadas negativamente. Eles provêm dos átomos que constituem o eletrodo carregado negativamente, que é chamado de cátodo. Ele encontrou que as partículas carregadas eram as mesmas, independente do metal usado para o

cátodo. Concluiu que eram parte de todos os átomos. Estas partículas foram chamadas de elétrons.

Thomson sugeriu um modelo de átomo como uma bolha positivamente carregada, de material gelatinoso, com elétrons suspensos nela, como passas em um pudim. Entretanto, este modelo foi derrubado em 1908 por um experimento simples. Ernest Rutherford estava treinando alguns de seus estudantes para usarem peças novas de um equipamento. Ele sabia que alguns elementos, incluindo o radônio, emitiam feixes de partículas carregadas positivamente, que ele chamou de partículas alfa. Ele pediu a dois estudantes, Hans Geiger e Ernest Marsden, para atirarem partículas alfa contra um pedaço de folha de platina de somente uns poucos átomos de espessura. Se os átomos fossem de fato como bolhas de geléia carregadas positivamente, então as partículas alfa deveriam passar facilmente através da folha, com alguma ligeira deflexão ocasional de seus caminhos.

O que Geiger e Marsden observaram, perturbou a todos à sua volta. Embora quase todas as partículas alfa tivessem passado e defletido semente um pouco, cerca de 1 em 20.000 foi defletida de 90o, e umas poucas retornaram na direção em que tinham vindo. “Isto é quase incrível”, disse Rutherford, “é como se você tivesse atirado uma bomba de 15 polegadas em um tecido de papel e ela voltasse acertando você”.

A explicação tinha que ser a que os átomos não têm bolhas de geléia positivamente carregadas com os elétrons suspensos como passas em um pudim. Ao invés disso, os resultados sugerem um modelo de átomo no qual há uma densa carga positiva central circundada por um grande volume de espaço vazio. Rutherford chamou esta região carregada positivamente de núcleo atômico. Ele considerou que uma partícula alfa carregada positivamente tivesse atingido o núcleo pesado de platina, tivesse sido fortemente repelida por sua carga positiva e defletida em um ângulo grande, como uma bolinha de pingue-pongue atingindo uma bala de canhão pesada.

De acordo com o modelo nuclear corrente do átomo, os elétrons estão espalhados no espaço em torno do núcleo. Se o núcleo de um átomo tiver o tamanho de uma mosca no centro de um campo de futebol, então o espaço ocupado pela vizinhança eletrônica deve ser aproximadamente do tamanho do estádio inteiro de futebol.

A carga positiva do núcleo cancela exatamente a carga negativa da vizinhança eletrônica. O número de prótons em um núcleo atômico é chamado de número atômico, Z, do elemento.

Os avanços tecnológicos na eletrônica, no início do século XX, levaram à invenção do espectrômetro de massa, um aparelho para a determinação da massa de um átomo. A observação das diferenças de massa entre os átomos de um elemento ajudou os cientistas a refinar o ainda novo modelo nuclear. Eles perceberam que o núcleo atômico deveria conter outras partículas subatômicas além dos prótons e propuseram que também conteria partículas eletricamente neutras chamadas nêutrons.

O Modelo Atômico de Bohr

O modelo proposto por Rutherford como sendo um modelo planetário foi combatido na época, pois a física sabia que uma partícula carregada, quando em movimento acelerado, libera energia.

O elétron, sendo uma partícula com carga negativa girando ao redor do núcleo, deveria perder energia e acabaria por cair no núcleo.

Elétrons ao redor do núcleo, como planetas ao redor do Sol.

A questão foi resolvida elegantemente por Niels Bohr, então com 28 anos. Esse físico dinamarquês propôs um modelo atômico em que aplicava conceitos da teoria quântica, mostrando que a mecânica de Newton não era conveniente para o estudo do comportamento de elétrons.

O modelo de Bohr aproveitava algumas idéias do átomo planetário:- o átomo teria um núcleo positivo;- os elétrons negativos girariam ao redor do núcleo.E ainda acrescentava:- os elétrons girariam em órbitas bem definidas, nas quais teriam energia

constante;- um elétron não assumiria qualquer valor de energia, mas determinados valores

correspondentes às diversas órbitas permitidas; assim, teria determinados níveis de energia;

- quando um elétron recebesse energia suficiente, saltaria para uma órbita mais energética;

- se retornasse para uma órbita menos energética, o elétron perderia a diferença de energia correspondente, na forma de ondas eletromagnéticas.

Modelo do átomo de Bohr para o hidrogênio: níveis energéticos dos elétrons em um átomo de hidrogênio

O modelo do átomo de Bohr explica bem o comportamento do átomo de hidrogênio e do átomo de hélio ionizado, mas é insuficiente para átomos com mais de um elétron.

Segue abaixo um desenvolvimento do modelo de Bohr que demonstra os níveis de energia no hidrogênio.

Sejam as seguintes convenções:1. Todas as partículas são como ondas e, assim, o comprimento de onda do

elétron, λ, está relacionado à sua velocidade por

onde h é a constante de Plank e me, a massa do elétron. Bohr não tinha levantado esta hipótese porque só depois é que foi proposto o conceito associado a esta afirmação (dualidade onda-partícula). Porém, permite chegar na próxima afirmação.

2. A circunferência da órbita do elétron deve ser um múltiplo inteiro de seu comprimento de onda:

onde r é o raio da órbita do elétron e n, um número inteiro positivo. 3. O elétron mantém-se em órbita por forças eletrostáticas. Isto é, a força

eletrostática é igual à força centrípeta:

onde e qe, a carga elétrica do elétron. Temos três equações e três incógnitas: v, λ e r. Depois de manipulações algébricas

para obter v em função das outras variáveis, pode-se substituir as soluções na equação da energia total do elétron:

Pelo teorema do virial, a energia total simplifica-se para

Ou, depois de substituídos os valores das constantes,

Assim, o menor nível de energia do hidrogênio (n = 1) é cerca de -13.6 eV. O próximo nível de energia (n = 2) é -3.4 eV. O terceiro (n = 3), -1.51 eV, e assim por diante. Note que estas energias são menores que zero, o que significa que o elétron está em um estado de ligação com o próton presente no núcleo. Estados de energia positiva correspondem ao átomo ionizado, no qual o elétron não está mais ligado, mas em um estado desagregado.

O modelo atômico de bohr, pode ser facilmente usado para a composição do modelo atômico de Linus Pauling. Apenas somando as camadas e as colocando na ordem de Pauling.

- Aplicação de experimento virtual (átomo de hidrogênio)

Espectros eletromagnéticos

Espectro electromagnético é o intervalo completo da radiação eletromagnética, que contém desde as ondas de rádio, as microondas, o infravermelho, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X, até aos raios gama.

Uma carga em repouso à sua volta um campo que se estende até o infinito. Se esta carga for acelerada haverá uma variação do campo elétrico no tempo, que irá induzir um campo magnético também variável no tempo (estes dois campos são perpendiculares entre si). Em conjunto eles constituem uma onda eletromagnética (a direcção de propagação da onda é perpendicular às direções de propagação dos campos que a constituem). Uma onda eletromagnética propaga-se mesmo no vácuo.

Maxwell concluiu que a luz visível é constituida por ondas electromagnéticas, em tudo análogas às restantes, com a única diferença na frequência e no comprimento de onda.

De acordo com a frequência e no comprimento de onda das ondas eletromagnéticas pode-se definir um espectro com várias zonas (podendo haver alguma sobreposição entre elas).

Diagrama ilustrando o espectro magnético desde as ondas de rádio até aos raios gama.

As partículas fundamentaisPor Roberto A. Salmeron - USP

Chamam-se partículas fundamentais às partículas constituintes do átomo(antigamente eram chamadas partículas elementares; mas, depois se descobriu

que várias delas podem se desdobrar em duas ou mais partículas, isto é, não são elementares).Atualmente conhece-se onze partículas fundamentais cuja existência está definitivamente comprovada. Além dessas, há várias que foram descobertas recentemente e cujas propriedades são muito mal conhecidas. As onze partículas são: - elétron, ou negatron;- próton ;- nêutron; - pósitron, ou elétron positivo; - neutrino;- méson leve positivo; - méson leve negativo; - méson pesado positivo; - méson pesado negativo; - méson pesado neutro;- fóton.

1.Elétron ou Negatron

Já se suspeitava da existência do elétron na segunda metade do século passado. Mas, a sua existência foi definitivamente comprovada só em 1897, por J.J. Thomson.O elétron é uma partícula que possui carga elétrica negativa, cujo valor absoluto se representa por e. Vale: -e = -4,8024 . 10-10ues CGSq. É a menor carga elétrica que existe isolada na natureza.

Sua massa é muito pequena. Em unidades de massa atômica, vale: 0,00054862 u.m.a. (veja o tópico "Unidades de Massa Atômica"). Em gramas, 9,11 . 1028gramas. É aproximadamente 1/1837 da massa do átomo de hidrogênio. Já viu-se que um feixe de elétrons emitidos numa ampola de Crookes é chamado raio catódico. Os elétrons são emitidos pelas substâncias radioativas; e nesse caso são chamados raios beta. Os elétrons emitidos pelas substâncias radioativas têm esse nome porque, quando os raios beta foram descobertos não se sabia que eram elétrons.

2. Próton

A existência de uma partícula com carga positiva foi evidenciada pela primeira vez quando, em 1886, Goldestein descobriu os raios positivos. A prova definitiva da existência do próton foi dada em 1919 por Rutherford. O próton é o núcleo do átomo de hidrogênio. É uma partícula de carga elétrica +e, isto é, de mesmo valor absoluto que a carga do elétron, mas, positiva. Pelo fato de ter carga elétrica, êle é desviado nos campos elétricos e magnéticos. Sua massa é 1,007582 em unidades de massa atômica, e 1,67248 . 10-

24gramas. É cerca de 1837 vezes mais pesado que o elétron. Entra na formação do núcleo, havendo tantos prótons no núcleo quantos são os elétrons das órbitas, isto é, um número igual ao número atômico Z.

3. Nêutron

Sua descoberta é atribuída a Chadwick, em 1932, embora essa descoberta tenha sido feita com apoio em trabalhos dos físicos Bothe, Becker e do casal Irene Curie – Frederic Joliot. É uma partícula neutra. E, não tendo carga elétrica, não é desviado em campos elétricos, nem em campos magnéticos, o que dificulta a sua observação. Pelo fato de não ter carga elétrica ele penetra na matéria com relativa facilidade, porque, sendo neutro, não é repelido pelas cargas elétricas dos átomos da substância em que está penetrando. Por causa disso faz-se “bombardeamento” de átomos com neutrons. É a partícula mais pesada que conhecemos. Sua massa é 1,008930 em unidades de massa atômica, e 1,67472 . 10-24gramas. É um pouco mais pesada que o átomo de hidrogênio (some a massa do próton com a do elétron, e verifique que essa soma é menor que a massa do neutron). Durante algum tempo se pensou que o neutron fosse uma reunião de um próton com um elétron. Depois foi demonstrado que isso não é verdade. O neutron é uma partícula independente. Uma das provas disso é que a massa do neutron é maior que a soma das massas do próton e do elétron.

4.Positron ou elétron positivo

Foi descoberto em 1932 por Carl D. Anderson. O pósitron é um elétron positivo, isto é, tem a mesma massa que o elétron, e carga elétrica de mesmo valor absoluto, mas, positiva. Por causa disso, foi proposto que se desse o nome de negatron ao oelétron; mas esse nome e pouco usado. Tendo carga elétrica é desviado em campos elétricos e magnéticos; e como sua carga é positiva êle é desviado sempre em sentido oposto ao do elétron.

O pósitron é uma partícula que é criada e destruída constantemente nos átomos. Tem vida muito curta: da ordem de milionésimos de segundo. Por isso a sua observação é muito difícil.

5.Neutrino

Viu-se acima que chamam-se partículas beta os elétrons emitidos pelas substâncias radioativas. Estudando matematicamente essa emissão de partículas beta, os físicos chegaram a um resultado que não puderam aceitar. Pois concluíram que nesse fenômeno não vale o princípio da conservação da energia, que é um princípio considerado geral, válido para todos os fenômenos físicos. Para poder manter o princípio da conservação da energia na emissão de partículas beta, tiveram de admitir que, quando uma partícula beta é emitida, juntamente com ela deve ser emitida uma outra partícula. Essa partícula deve ter as seguintes características:

1º) deve ser neutra;

2º) deve ter massa menor que a do elétron.

Por isso ela foi chamada neutrino (que em italiano significa neutronzinho).Já foram realizadas diversas experiências em que indiretamente ficou provado que o neutrino existe. Mas ainda não foi possível realizar-se nenhuma experiência em que o neutrino fosse observado diretamente, pois a pequena massa e a ausência de carga elétrica dificultam a observação.

6.Fóton

Em 1905, Einstein, estudando certos fenômenos em que intervém a luz, concluiu que para explicá-los não basta considerar a luz como ondas eletromagnéticas. Além disso é preciso admitir que essas ondas eletromagnéticas se propaguem por grupos, isto é, por pacotes. Esses pacotes de onda se comportam como se fossem partículas materiais. São chamados fótons.

7. Os Mesons

Mesons leves

Em 1935, o físico Yukawa, estudando matematicamente como se deve processar o equilíbrio entre os neutrons e os prótons no núcleo dos átomos, concluiu o seguinte: para se explicar esse equilíbrio, deve-se admitir a existência de uma outra partícula. Concluiu matematicamente que essa partícula deve ter carga elétrica, e deve ter massa intermediária entre a do próton e a do elétron (daí o nome méson). No ano seguinte os físicos Carl D. Anderson e Neddermeyer comprovaram experimentalmente a existência da partícula (uma nota: este Anderson é o mesmo Anderson que em 1932 descobriu o pósitron). Eles verificaram mais o seguinte:

1º) que esses mésons têm massa aproximadamente igual a 212 vezes a massa do elétron;

2º) que têm carga elétrica de valor absoluto igual à do elétron;

3º) que existem dois mésons com essa massa: um com carga positiva +e; outro com carga negativa -e.

Esses mésons são os que hoje chamamos mésons leves: o méson leve positivo e o méson leve negativo.

Mesons pesados ou mesons pi

Em 1947 os físicos Cesar Lattes, Ochialini e Powell descobriram mais dois mésons. São partículas que têm as seguintes características:1º) massa aproximadamente igual a 300 vezes a massa do elétron (daí o nome de mésons pesados, porque são mais pesados que os descobertos por Anderson e Neddermeyer).2º) um têm carga elétrica +e, outro têm -e.Até 1948 esses quatro mésons só eram observados em raios cósmicos, isto é, chegados à superfície da Terra através da atmosfera. Nesse ano, o físico brasileiro Cesar Lattes juntamente com o americano Eugene Gardner conseguiu pela primeira vez produzir mésons no laboratório; isto é, conseguiu produção artificial de mésons.

Mesons neutro

Tem massa de mesma ordem de grandeza que a dos mésons pesados, e não tem carga elétrica. Suas propriedades são muito mal conhecidas.

- Radiação Particulada

A descoberta da Radioatividade

No dia 20 de janeiro de 1896, Antoine Henri Becquerel (1852-1908) tomava conhecimento da descoberta dos raios X pelo físico Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923). Físico francês da terceira geração da família Becquerel, tinha muito interesse na fosforescência e na fluorescência dos materiais. Estes termos, fosforescência e fluorescência, não são sinônimos. Na fluorescência a emissão luminosa ocorre enquanto houver estímulo, a absorção e a emissão ocorrem rapidamente. Na fosforescência, mesmo cessado o estímulo, haverá a emissão, pois o processo de emissão é mais lento que na fluorescência. Becquerel imaginou se havia uma relação entre raios X e a fluorescência, ou seja, se algumas substâncias fluorescentes poderiam emitir raios X espontaneamente.

Depois de descobrir que muitos elementos não produziam qualquer efeito, passou a utilizar materiais fosforescentes. Ele utilizou sulfato de potássio e urânio, sal de urânio que era conhecido por suas propriedades fosforescentes. Cobriu uma chapa fotográfica com duas folhas de papel escuro grosso, tão grosso que a chapa não ficou manchada ao ser exposta ao Sol durante um dia inteiro. Colocou sobre o papel uma camada da substância fosforescente e para ativar a fosforescência do sal de urânio, e expôs tudo ao Sol por várias horas. Quando revelou a chapa fotográfica, percebeu a silhueta da substância fosforescente em escuro sobre o negativo. Concluiu que a substância emitia radiações capazes de atravessar a folha de papel opaca à luz. Tudo se passava como se o sal de urânio emitisse raios X. Em 24 de fevereiro de 1896, Henri Becquerel fez um relatório de sua experiência e apresentou à Academia de Ciências em Paris. No entanto, em 2 de março, Becquerel anunciava aos seus pares da academia algo mais extraordinário. Durante a semana havia tentado repetir a experiência, preparando uma nova placa fotográfica enrolada no papel e no sal de urânio. Aconteceu que o tempo havia piorado e ele ficou impossibilitado de realizar a exposição ao Sol. Então guardou o conjunto numa gaveta à espera de melhores dias. Na véspera da seção da academia, como o tempo permaneceu encoberto, decidiu, mesmo assim, revelar as placas, esperando encontrar o negativo em branco. Para sua surpresa os negativos mostravam uma mancha de grande intensidade. Conclui que o sal de urânio emitia raios capazes de atravessar o papel preto, quer tivesse sido exposto ou não ao Sol. Sem dúvida, alguma emissão desconhecida estava saindo do sal, atravessando o papel e chegando até a chapa fotográfica. Essas emissões foram chamadas de raios de Becquerel.

A essa altura, um casal de cientistas iniciava suas investigações sobre a radioatividade em Paris, estudando vários minérios, uma vez que Henri Becquerel focalizou suas pesquisas somente no urânio. Marie Sklodowska Curie (1867-1934), polonesa, e seu marido francês Pierre Curie (1859-1906), após analisar vários compostos de urânio, verificaram a constatação de Becquerel, confirmando que a emissão de raios é uma propriedade do elemento urânio e assim, decidiram examinar todos os elementos conhecidos. Descobriram que também o tório emitia raios semelhantes aos do urânio. Nesse ponto, depois de descobrirem que o urânio não era o único elemento a emitir radiação espontaneamente, Marie decidiu então, analisar todos os minérios naturais e para sua surpresa um mineral de urânio (uranita) era três ou quatro vezes mais radioativo do que se esperava. Desta forma concluiu que um elemento extremamente radioativo deveria existir enquanto impureza nesse minério. Depois de um longo e exaustivo trabalho, em julho de 1898, Marie com a ajuda de seu marido Pierre, conseguiu isolar a

impureza e perceberam que se tratava de um novo elemento, que designaram de polônio, em homenagem ao país de origem de Marie, a Polônia. Ao aprimorar mais os seus métodos de purificação da uranita, o casal Curie, acabou por encontrar, em setembro desse mesmo ano, um elemento altamente radioativo que recebeu o nome de rádio.

Marie propôs a palavra Radioatividade para esse fenômeno.Por esses feitos, Marie recebeu dois prêmios Nobel, um de Química e outro de

Física. Infelizmente, foi uma das primeiras vítimas dos efeitos da radiação, assim como todos aqueles que se dedicaram ao estudo dos fenômenos da radioatividade no mesmo período.

Assim, comprovou-se que um núcleo muito energético, por ter excesso de partículas ou de carga, tende a estabilizar-se, emitindo algumas partículas.

Portanto a radioatividade ou radiatividade é a capacidade que alguns elementos fisicamente instáveis possuem de emitir energia sob forma de partículas ou radiação eletromagnética.

- Decaimento e meia vida

A priori decaimento radioativo é simplesmente a desintegração de um núcleo através da emissão de energia em forma de radiação. A radiação é um tipo de emissão de energia que pode se propagar por meio de partículas (radiação corpuscular) ou por meio de ondas eletromagnéticas (radiação eletromagnética).

Scheweidler em 1905 estabeleceu a lei capaz de reger os fenômenos radioativos baseado em hipóteses probabilísticas.

Determinou a lei da desintegração radioativa admitindo que:

1 - A desintegração é um processo probabilístico;2 - A probabilidade de um átomo radioativo se desintegrar é igual para todos os

átomos de uma mesma espécie;3 - A desintegração ou não independe de sua vida anterior;4 - Probabilidade de se desintegrar em um Δt muito pequeno é proporciona a ele

p= λ Δt

Portanto:q = 1 - λ Δt (probabilidade de não se desintegrar)λ: constante de desintegração: probabilidade de um átomo se desintegrar em um

intervalode tempo pequeno.

Vamos supor que em um instante qualquer T0 = 0 tenhamos N0 átomos.

Chamaremos de λ a probabilidade de que um destes átomos se desintegre na unidade de tempo, característica de cada elemento, também denominada constante de desintegração.

Em um instante T > To teremos N átomos radioativos.Portanto, o número provável de átomos a se desintegrar na unidade de tempo será:λ.N.Sendo, a fração de átomos que desaparecem dN, temos:dN = - λ N dt N = No e -λ t⇒- dN/dt = λ N → velocidade de desintegração = atividade da amostra radioativa.

Na qual a lei do decaimento radioativo é uma função que descreve quantos núcleos radioativos existem numa amostra a partir do conhecimento do número inicial de núcleos radioativos e da taxa de decaimento. É obtida a partir da hipótese de que o número dN de núcleos que decaem num intervalo de tempo dt é proporcional ao número de núcleos radioativos existentes e ao próprio intervalo dt.

E um método muito utilizado de decaimento é o do carbono-14, para fazer a datação de materiais muito antigos a partir do decaimento do carbono-12.

Como é criado o carbono 14

Todos os dias, raios cósmicos entram na atmosfera terrestre em grandes quantidades. Para se ter um exemplo, cada pessoa é atingida por cerca de meio milhão de raios cósmicos a cada hora. Não é nada raro um raio cósmico colidir em outro átomo

na atmosfera e criar um raio cósmico secundário na forma de um nêutron energizado, e que esses nêutrons energizados, por sua vez, acabem colidindo com átomos de nitrogênio. Quando o nêutron colide, um átomo de nitrogênio 14 (com sete prótons e sete nêutrons) se transforma em um átomo de carbono 14 (seis prótons e oito nêutrons) e um átomo de hidrogênio (um próton e nenhum nêutron). O carbono 14 é radioativo e tem meia-vida de cerca de 5.700 anos.

Carbono 14 nos seres vivos

Os átomos de carbono 14 criados por raios cósmicos combinam-se com oxigênio para formar dióxido de carbono, que as plantas absorvem naturalmente e incorporam a suas fibras por meio da fotossíntese. Como os animais e humanos comem plantas, acabam ingerindo o carbono 14 também. A relação de carbono normal (carbono 12) pela de carbono 14 no ar e em todos os seres vivos mantém-se constante durante quase todo o tempo. Talvez um em cada trilhão de átomos de carbono seja um átomo de carbono 14. Os átomos de carbono 14 estão sempre decaindo, mas são substituídos por novos átomos de carbono 14, sempre em uma taxa constante. Nesse momento, seu corpo tem certa porcentagem de átomos de carbono 14 nele, e todas as plantas e animais vivos têm a mesma porcentagem que você.

Decaimento alfa

É uma forma de decaimento radioativo que ocorre quando um núcleo instável (natural ou produzido artificialmente), em geral pesado, onde a repulsão eletrostática entre os prótons no núcleo é muito grande, e emite uma partícula uma partícula alfa transformando-se em dois prótons e dois nêutrons, ou seja, por um núcleo de Hélio. As partículas alfa são emitidas sempre com a mesma energia. O (238U) urânio-238, urânio-235 (235U), plutônio-239 (239Pu) e o paládio-231 (231Pa) são exemplos de emissores alfa.

Por exemplo:

que também pode ser escrito assim:

A partícula alfa é um núcleo de um átomo de hélio. Portanto, a partícula alfa ou “raio alfa’’ é um íon de carga 2+ com dois nêutrons e dois prótons, representado por 4He2+. As particulas alfa possibilitaram um novo tipo de investigação da matéria, ao serem usadas como projéteis submicroscópicos.

As partículas alfa apresentam grande poder de penetração nos materiais devido a sua elevada velocidade que é de, aproximadamente, 20.000 km/s. Por isso, podem provocar sérios danos aos tecidos dos organismos vivos. No entanto, seu poder de penetração é inferior ao da partícula beta, dos raios-X e dos raios gama.

Decaimento beta

Feixes de elétrons também são obtidos através do decaimento de núcleos atômicos excitados. Assim, as partículas beta são partículas carregadas negativamente (elétrons) emitidas pelo núcleo. Como a massa do elétron é uma pequeníssima fração de uma unidade de massa atômica, a massa do núcleo que sofre decaimento beta é alterada somente por uma quantidade muito pequena. O número de massa do núcleo não é alterado. O núcleo não contém elétrons. O elétron emitido no decaimento beta corresponde na verdade à transmutação de um nêutron em um próton, dentro do núcleo. Neste processo, é criada também outra partícula, o neutrino, que não tendo carga e interagindo muito fracamente com a matéria, passa normalmente despercebida. No decaimento beta, o número de prótons no núcleo é aumentado de uma unidade, enquanto que o de nêutrons diminui de uma unidade.

Num núcleo estável, o nêutron não decai. Um nêutron livre, ou um em um núcleo que tem muito mais nêutrons do que prótons, pode decair emitindo uma partícula beta e um neutrino. O neutrino, não tem carga e tem massa praticamente nula, mas carrega uma apreciável quantidade de energia e de momento. A pequena diminuição da massa atômica no decaimento é novamente a fonte de energia cinética das partículas emitidas.

Estrôncio-90 (90Sr), tecnécio-99 (99Tc) e cálcio-45 (45Ca) são exemplos de fontes de radiação beta.

Pela qual no decaimento β−, um neutron é convertido num próton, com emissão de um elétron e de um elétron do tipo antineutrino (a antipartícula do neutrino):

E no decaimento β+, um próton é convertido num neutron, com a emissão de um posítron e de um eléctron do tipo neutrino:

Decaimento gama

Raios gama são um tipo de radiação eletromagnética que resulta de uma redistribuição das cargas elétricas em um núcleo e consiste de quanta ou pacotes de energia transmitidos em forma de um movimento ondulatório. Um raio gama é um fóton de alta energia emitido pelo núcleo atômico.

A única coisa que distingue um raio gama dos f'ótons de luz visível emitidos por uma lâmpada é o comprimento de onda. O comprimento de onda de um um raio gama é centenas de milhares de vezer menor que o da luz visível (e portanto a frequência é centenas de milhares de vezes maior!) Para núcleos complexos de elementos pesados, há inúmeras diferentes possibilidades em que os protons podem se rearanjar dentro do núcleo. Raios gamas podem ser emitidos quando há uma mudança de uma configuração para outra. Nem o número de massa nem o número atômico de um núcleo se alteram quando um raio gama é emitido. Entretanto, a massa do núcleo também aqui sofre uma pequena diminuição, sendo convertida na energia do fóton.

- Aplicação de experimento prático (“dadinhos”)

- Tipos de radiação e aplicações

Radiações Não-Ionizantes

As radiações de freqüência igual ou menor que a da luz (abaixo, portanto, de ~8x1014Hz (luz violeta)) são chamadas de radiações não ionizantes. Geralmente a faixa de freqüência mais baixa do UV (UV-A ou UV próximo) também é considerada não ionizante ainda que ela e até mesmo a luz pode ionizar alguns átomos.

Elas não alteram o átomo mas ainda assim, algumas, podem causar problemas de saúde. Está demonstrado, por exemplo, que as microondas podem causar, além de queimaduras, danos ao sistema reprodutor. Existem também estudos sobre danos causados pelas radiações dos monitores de computador CRT (Cathode Ray Tube, Tubo de Raios Catódicos) por radiações emitidas além da radiação emitida por telefones celulares, radiofreqüências, e até da rede de distribuição de 60Hz.

Mecanismo de ação no corpo humano

A radiação não ionizante é absorvida por várias partes celulares, mais o maior dano ocorre nos ácidos nucléicos, que sofrem alteração de suas pirimidas. Formam-se dímeros de pirimida e se estes permanecem (não ocorre reativação), a réplica do DNA pode ser inibida ou podem ocorrer mutações.

Texto: Como funciona o Forno de Microondas?Por Vanks Estevão

O forno de microondas funciona transformando energia elétrica em energia térmica. Uma fonte elétrica emite ondas eletromagnéticas que aumentam a energia cinética de vibração das moléculas de água dos alimentos. Sabemos que a temperatura é um número que expressa o estado de agitação das partículas, logo, aumentando a vibração (ou estado de agitação) das moléculas, aumentamos a temperatura do corpo.

O Forno de microondas foi inventado pelo engenheiro Percy Lebaron Spencer e começou a ser utilizada em 1946. O componente mais importante do forno de microondas é o magnetron, um equipamento que utiliza a vibração de elétrons para gerar um campo magnético. Sabe-se que um campo elétrico variável produz um campo magnético variável inverso.As ondas eletromagnéticas atravessam vidro, cerâmica, plástico, papel e outras estruturas. Mas, as moléculas de água absorvem a energia dessas ondas na freqüência de 2450 MHz, gerando uma vibração na mesma freqüência gerada pelo magnetron. Estas ondas penetram até 5 cm na superfície dos alimentos, e o calor então é transmitido por condução.

O corpo humano é constituído em sua grande parte por água, então devemos lembrar alguns cuidados com o forno microondas. O mais importante é ter certeza que a radiação não está vazando, pois pode ser bem prejudicial. Apesar do aparelho ser blindado, ou seja, ele é projetado para que as ondas eletromagnéticas não atravessem suas paredes, é importante fazer alguns testes quando se tem a dúvida. Para isso coloque uma laranja na parte de cima do forno microondas quando for utilizá-lo, faça isso colocando a fruta próxima a porta também e deixe-a por um tempo. Se a fruta apresentar alterações (como por exemplo partes com aspecto queimado ou ferido) significa que seu forno microondas está vazando.

Radiações Ionizantes

A radiação ionizante, também chamada de radiação nuclear, tem esse nome por possuir energia suficiente para ejetar elétrons dos átomos. Os hospitais usam radiação nuclear para destruir tecidos indesejáveis, tais como células cancerosas. O mesmo efeito poderoso que ajuda no diagnóstico e na cura de doenças pode também provocar danos em tecidos sadios. O dano depende da intensidade da fonte, do tipo de radiação e do tempo de exposição.

Os efeitos biológicos da radiação

Os três principais tipos de radiação nuclear penetram na matéria em diferentes graus. A tabela a seguir resume o poder de penetração de cada tipo.

As partículas alfa, relativamente pesadas e altamente carregadas, interagem tão fortemente com a matéria que elas diminuem a velocidade, capturam elétrons da matéria circundante e provocam modificações no volumoso átomo de hélio antes de viajar muito longe. Elas penetram somente na primeira camada da pele e podem ser freadas mesmo por uma folha de papel. A maioria da radiação alfa é absorvida pela superfície da camada da pele morta, na qual ela pode causar um pequeno dano. Porém, se as partículas alfa são inaladas ou ingeridas, podem ser extremamente perigosas. A energia de seu impacto pode arrancar átomos de moléculas, os quais podem dar origem a sérias doenças e causar a morte. Por exemplo o plutônio pode tomar o lugar do ferro no corpo e ser absorvido pelos ossos, podendo destruir a habilidade do corpo de produzir células vermelhas do sangue. Os resultados são doenças causadas pela radiação como o câncer ou mesmo a morte.

A radiação beta é a segunda em poder de penetração. Estes elétrons rápidos podem penetrar por volta de 1cm no corpo antes que as interações eletrostáticas com os elétrons e o núcleo de moléculas as levem ao repouso.

De todas, a radiação gama é a mais penetrante. Os fótons de raios gama de alta energia podem atravessar edifícios e corpos, e causar danos pela ionização de moléculas em sua trajetória. As moléculas de proteínas e DNA têm sido danificadas dessa forma e perdem sua função, e o resultado pode ser o câncer e outras doenças. Fontes intensas de raios gama devem ser blindadas por construção com tijolos de chumbo, ou por uma camada espessa de concreto para absorver esta radiação penetrante.

Medicina Nuclear

Os radioisótopos são isótopos radioativos. Eles são usados, não somente para a cura de doenças, mas também para preservar alimentos, no acompanhamento de mecanismos das reações, na energia de naves espaciais e também para localizar nossas fontes de água.

Os raios X em medicina foram uma das primeiras aplicações de radioisótopos. Em 1914, os feridos na I Guerra Mundial foram levados para hospitais em Paris. Marie Curie transformou um carro Renault na primeira unidade radiológica móvel e o dirigiu de

Radiação Poder relativo de penetração Proteção requeridaα 1 papel, peleβ 100 3mm de alumínioγ 10.000 concreto, chumbo

hospital para hospital. Os radioisótopos são hoje largamente utilizados na medicina para diagnósticos, estudo e tratamento de doenças.

A física nuclear transformou os diagnósticos médicos. O impacto mais dramático dos radioisótopos no diagnóstico tem sido no campo da imagem.

A tomografia por emissão de pósitrons (PET – positron emission tomography) faz uso de um emissor de pósitrons para conseguir imagens de tecido humano em um grau de detalhes que não são possíveis com raios X. Um equipamento para imagens PET precisa estar próximo a um ciclotron, de forma que os emissores de pósitrons possam ser rapidamente incorporados aos compostos desejados tão logo tenham sido criados.

Várias espécies de terapia para câncer utilizam radiação para destruir células malignas.

Ressonância Magnética de Imagem

A Ressonância Magnética de Imagem (RMI) é uma técnica estrutural não-invasiva para sistemas complexos de moléculas, como pessoas. Na sua forma mais simples, a RMI retrata a concentração de prótons em uma amostra. Se a amostra – que pode ser um corpo humano vivo – é exposta a um campo magnético uniforme em um espectrômetro de Ressonância Magnética Nuclear e se trabalhamos com uma resolução que não mostre qualquer deslocamento químico ou estrutura fina, então os prótons dão origem a uma linha de ressonância em freqüências diferentes, de acordo com suas localizações no campo. Mais ainda, a intensidade da ressonância em um dado campo será proporcional ao número de prótons na localização espacial correspondente ao valor particular do campo. Se o gradiente de campo for girado em diferentes orientações, outro retrato da concentração de prótons ao longo da amostra é obtido. Após várias medidas da intensidade de absorção como estas, os dados podem ser analisados em um computador, que constrói uma imagem bidimensional de qualquer seção ao longo da amostra. Uma grande vantagem da RMI sobre os raios X é que o paciente é exposto apenas a radiação de radiofreqüência, de modo que o dano causado pelos raios X é evitado. Adicionalmente, tumores invisíveis aos raios X podem ser detectados.

Outra vantagem é que, com RMI, uma “fatia” do corpo pode ser vista sem interferência de estruturas na frente ou atrás dela. Se uma série de “fatias” é obtida, elas podem mesmo ser montadas em uma imagem tridimensional, que fornece uma imagem muito mais nítida do que é possível com os raios X.

Bibliografia:

Atkins, Peter; Jones, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Editora Bookman.

www.wikipedia.org.br

Usberco, João; Lembo, Antônio; Carvalho, Geraldo Camargo de. Apostila anglo de química – Livro 01. Editora Anglo.

http://www.passeiweb.com/na_ponta_lingua/sala_de_aula/quimica/atomistica/constituicao_da_materia/2_const_mat_part_fund_avogrado

http://www.efeitojoule.com/2008/09/como-funciona-forno-microondas.html

Livro das escolas associadas Pueri Domus “radiações, materiais, átomos e núcleos”. Autores: Luis Carlos Menezes e Osvaldo Canato Junior;

www.cefetsc.edu.br