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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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