QUÍMICA NUCLEAR Marcelo Polonio Muler Rodrigo Tosetto Engenharia de Produção

QUÍMICA NUCLEARQUÍMICA NUCLEARMarcelo Polonio Marcelo Polonio

MulerMuler

Rodrigo TosettoRodrigo Tosetto

Engenharia de ProduçãoEngenharia de Produção

Tópicos do capítuloTópicos do capítulo

► Introdução

► Decaimento radioativo

► Equações nucleares

► Padrões de estabilidade nuclear

► Transmutações nucleares

► Velocidades de decaimento radioativo

► Detecção de radioatividade

► Variações de energia nas reações nucleares

► Fissão nuclear

► Fusão nuclear

► Efeitos biológicos

03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 02/24

IntroduçãoIntrodução

Química nuclear: o que é?

É o estudo das reações que ocorrem com o núcleo dos átomos.


Onde é utilizada?

Os elementos radioativos são muito utilizados em medicina, como ferramenta de diagnóstico e tratamento; na datação de artefatos históricos; na produção de eletricidade e na fabricação de armamentos.


IntroduçãoIntrodução

Decaimento radioativoDecaimento radioativo

É a desintegração de um núcleo através da emissão radiação. A radiação é um tipo de emissão de energia que pode se propagar por meio de partículas ou por meio de ondas eletromagnéticas.

Se um núcleo se encontrar numa situação de instabilidade, seja por ter excesso de prótons, nêutrons ou ambos, tende a transformar-se em outro nuclídeo mais estável.


Decaimento radioativoDecaimento radioativo

► Emissão alfa (α)

► Emissão beta (β)

► Radiação gama ()

► Emissão de pósitron

► Captura de elétron


Equações nuclearesEquações nucleares

O decaimento radioativo é representado por uma equação nuclear, como as seguintes:

Os números de massa e os números atômicos devem ser balanceados em todas as equações do tipo.


Padrões de estabilidade nuclearPadrões de estabilidade nuclear

► Relação nêutron-próton

Para que um grande número de prótons possa estar localizado no pequeno volume do núcleo, existe uma força chamada de “força nuclear forte” atuando entre os núcleons, estando os nêutrons intimamente envolvidos com essa força.

Quanto mais prótons no núcleo, mais nêutrons são necessários para mantê-lo unido.


Padrões de estabilidade nuclearPadrões de estabilidade nuclear

► Série de radioatividade

Alguns núcleos, como o urânio-238, não podem ganhar estabilidade por uma única emissão. Assim ocorre uma série de emissões sucessivas.

Uma série de reações nucleares que começa com um núcleo instável e termina com um núcleo estável é conhecida como série de radioatividade. Três dessas séries ocorrem na natureza.


Transmutações nuclearesTransmutações nucleares

Um núcleo pode trocar de identidade se for atingido por um nêutron ou por outro núcleo. As reações nucleares que ocorrem desta forma são chamadas de transmutações nucleares.

As reações nucleares também podem ser induzidas quando se golpeia o núcleo com partículas como a alfa. Assim ocorre a síntese de centenas de radioisótopos em laboratório.



► Uso de partículas carregadas

Partículas carregadas, coma as alfa, devem se mover muito rapidamente para superar a repulsão eletrostática entre elas e o núcleo alvo. Quanto maior a carga do projétil ou do alvo, maior deve ser a velocidade do projétil para possibilitar a reação.

► Uso de nêutrons

A vantagem no uso dos nêutrons é que eles não precisam ser acelerados para produzirem reações nucleares, pois não são repelidos pelo núcleo.

Muitos isótopos sintéticos usados na medicina e na ciência são produzidos através dos nêutrons como projéteis.


► Elementos transurânicos

Têm este nome pois aparecem após o urânio na tabela periódica. Podem ser produzidos em laboratório pela transmutação artificial.

Os elementos 93 e 94 foram sintetizados pela primeira vez em 1940 através do bombardeamento de urânio com nêutrons.



Velocidades de decaimento Velocidades de decaimento radioativoradioativo

► Meia-vida

Tempo necessário para metade da quantidade de uma substância reagir. Cada isótopo possui meia-vida característica.

► Datação

Como a meia-vida de qualquer nuclídeo é constante, a meia-vida pode servir como um relógio nuclear para determinar a idade de diferentes objetos.


Velocidades de decaimento Velocidades de decaimento radioativoradioativo

► Cálculos baseados na meia-vida

Permitem saber a idade de um objeto (1) assim como a meia-vida de um determinado isótopo (2).

► Nt é o número de núcleos após o intervalo de tempo t.► N0 é o número inicial de núcleos► k é a constante de decaimento.

(1) (2)


Detecção de radioatividadeDetecção de radioatividade

► Contador de cintilações

Baseado nos sinais de luz produzidos quando a radiação atinge uma substância fosforescente (substância que emitem luz quando excitadas pela radiação) adequada.

► Contador de Geiger

Ionização da matéria.

► Lâmina fotográfica


Detecção de radioatividadeDetecção de radioatividade

► Rastreador radioativo

Como os radioisótopos são facilmente detectados, eles são usados para seguir um dado elemento em suas reações químicas.

O caminho do elemento é revelado pela radioatividade dos radioisótopos. Assim ele é chamado de rastreador radioativo.

Atualmente são muito utilizados na medicina.


Variações de energia nas Variações de energia nas reações nuclearesreações nucleares

► E = mc²

► Energia de Coesão

Ex: O hélio tem massa atômica = 4,00150 u

A massa de próton é 1,00728 uA massa de nêutron é 1,00866 u

2 x 1,00728 + 2 x 1,00866 - 4,00150 = 0,03038 u


► Aplicando a equação de Einstein

Variações de energia nas Variações de energia nas reações nuclearesreações nucleares


Fissão NuclearFissão Nuclear

► Reação em cadeia


► Massa crítica

► Massa supercrítica




► Reatores Nucleares


Fusão NuclearFusão Nuclear

► Quando dois ou mais núcleos atômicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico.

► Temperatura muita alta para acontecer a fusão. Ex.:

40.000.000 K para fundir!

► Tokamak


Efeitos Biológicos da RadiaçãoEfeitos Biológicos da Radiação


Referências bibliográficasReferências bibliográficas

► Química: A Ciência Central, 9ª edição

Brown, Lemay e Bursten

► Wikipedia

pt.wikipedia.org


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