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Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Departamento Acadêmico de Química e Biologia
Reações Nucleares
A radioatividade associada a acidentes... Podemos
controlar a energia mais poderosa do universo??
✓ Geração de Energia
✓ Datação
✓ Usos em medicina
Descobrimento da radioatividade
Antoaine-Henri Becquerel (1896) : Usando K2(UO2)(SO4)2, ele acreditava que a fosforescência
desse sal estava ligada com a emissão de raios X.
Sabendo que o sal era um material fosforescente, ele expôs o
K2(UO2)(SO4)2 a uma fonte de luz e colocou um filme sob um
pano preto.
Após repetidos testes ele confirmou que o filme fotográfico foi
sensibilizado pela emissão e concluiu que o material emitia raios
X e que este evento estava ligado a fosforescência.
Tempos depois ele percebeu que mesmo sem a emissão de luz,
o filme fotográfico também era sensibilizado pelo material e
chamou essa emissão de raios urânicos
Descobrimento da radioatividade
Marie Sklodowska Curie: Estudando os raios urânicos em sua tese de doutorado, descobriu que
outros núcleos também emitiam os raios urânicos.
Durante seu trabalho ela descobriu dois novos elementos, o Polônio e o Rádio.
Ao perceber que essa emissão não era exclusiva do elemento Urânio ela
chamou essa emissão de Radioatividade.
Radio exibe uma radioatividade intensa, ao ponto de emitir luz e
uma certa quantidade de calor, em função dessa intensa emissão
ele recebeu o nome de Rádio.
Estabilidade dos núcleos - decaimento
Um núcleo estável permanece intacto indefinidamente, mas uma boa parte dos núcleos
Conhecidos são instáveis. Um núcleo instável exibe radioatividade.
✓ Radioatividade – desintegração espontânea, ou decaimento, com emissão de radiação
Prótons e nêutrons, as partículas elementares que compõem
o núcleo, são chamados de núcleons.
Nuclídeo - núcleo com números diferentes dos dois tipos de
nucleons.
A maioria dos elementos ocorre na natureza como uma
mistura de isótopos.
Estabilidade dos núcleos - notação
✓ Radioatividade – desintegração espontânea, ou decaimento, com emissão de radiação
A massa relativa e carga de uma partícula é descrito pela notação AZX, onde X é o
símbolo para a partícula, A é o número de massa, e Z é o carga da partícula; para
núcleos, A é a soma de prótons e nêutrons e Z é o número de prótons (número
atômico).
O silício (Si) é essencial para a indústria de computadores como um dos principais
componentes dos chips semicondutores. Ele tem três isótopos que ocorrem
naturalmente: 28Si, 29Si e 30Si. Determine o número de prótons, nêutrons e elétrons em
cada isótopo de silício.
Estabilidade dos núcleos - decaimento
Quando um nuclídeo de um elemento decai, emite radiação e, sob a maioria
circunstâncias, transforma-se num nuclídeo de um elemento diferente. Os três
naturais tipos de emissões radioativas são:
✓ Partículas Alfa – Identicas ao núcleo de 4He ( 42α )
✓ Partículas Beta – Elétrons acelerados ( 0-1β )
✓ Raios Gama – fótons de alta energia ( 00γ )
Tipos de decaimento radioativo
Quando um nuclídeo se decompõe, forma um nuclídeo de energia mais baixa e o excesso de
energia é levado pela radiação emitida e pelo núcleo emitido.
Decaimento alfa - Envolve a perda de uma partícula alfa de um núcleo. Para cada partícula
emitida, A diminui em 4 e Z diminui em 2. Os elemento acima do bismuto (Bi Z = 83) é radioativo e
exibe este comportamento. Portanto, decaimento alfa é o meio mais comum para um núcleo
pesado e instável se tornar mais estável.
Tipos de decaimento radioativo
O decaimento Beta - é uma classe mais geral de decaimento radioativo que inclui três tipos:
decaimento β , emissão β e captura de elétrons.
Decaimento β- (ou emissão de negatron) envolve a ejeção de uma partícula beta do núcleo.
Um nêutron é convertido em um próton, que permanece no núcleo e uma partícula beta, que é
ejetada imediatamente:
Tipos de decaimento radioativo
A emissão do Positron (β+) envolve a emissão de uma partícula β+ do núcleo. Uma ideia
chave da física moderna é que as partículas mais fundamentais tem antipartículas
correspondentes com a mesma massa mas carga oposta. O pósitron é a antipartícula do
elétron. A emissão de pósitrons ocorre através de um processo no qual próton no núcleo é
convertido em um nêutron, e um pósitron é expulso
Tipos de decaimento radioativo
A captura de elétrons (e-) (EC) ocorre quando o núcleo interage com um elétron em um orbital
de baixo nível de energia atômica. O efeito líquido é que um próton é transformado em um
nêutron
Tipos de decaimento radioativo
A emissão gama (γ) Envolve a radiação de alta energia (fótons gama) emitida por um núcleo
excitado. Assim como um átomo em um estado eletrônico excitado reduz sua energia emitindo
fótons, geralmente nas faixas UV e visível, um núcleo em estado excitado reduz sua energia
emitindo fótons que são de energia muito maior que os fótons UV.
Emissão gama acompanha muitos outros
tipos de decaimento radioativo.
Escreva equações balanceadas para as seguintes reações nucleares:
(a) Tório de ocorrência natural-232 sofre decaimento alfa.
(b) O zircônio-86 sofre captura de elétrons.(c) Escreva uma equação balanceada para a reação na qual um nuclídeo sofre
decaimento β- e produz césio-133.
Padrão de estabilidade nuclear
Todos os núcleons são atraídos por uma força fundamental chamada de “Força forte”,
que possui um curto alcance.
No núcleo existe um balanço de forças atrativas (Strong force) e repulsivas
(Coulômbicas).
Os nêutrons desempenham um importante papel, na
estabilização do núcleo, uma vez que ele atrai
partículas vizinhas pela força forte, mas não tem o
efeito da repulsão das cargas.
Nem sempre a adição de nêutrons é benéfica. Uma vez
que prótons e nêutrons ocupam níveis de energia em
um núcleo que são semelhantes aos ocupado por
elétrons em um átomo.
Padrão de estabilidade nuclear
Pela abundância na natureza dos elementos pares, podemos
concluir que são mais estáveis.
Elementos com Z = 2, 8, 20, ,50, 82, 114, 126 e 184
(números mágicos) têm maior probabilidade de serem
estáveis.
Estanho Z = 50 → 10 isótopos estáveis
Antimônio Z = 51 → 2 isótopos estáveis
Núcleons ocupam níveis de energia dentro do núcleo tanto quanto os
elétrons ocupam os níveis de energia dentro de um átomo. Assim
como os átomos com certos números de elétrons são unicamente
estáveis, então átomos com certos números mágicos são
excepcionalmente estáveis.
Estabilidade dos núcleos.
“A competição entre a força forte atrativa e a força eletrostática repulsiva influencia a estabilidade
nuclear”.
Configurações pares ou ímpares de N e Z podem afetar a estabilidade nuclear
Estabilidade dos núcleos.
Os pontos amarelos representam núcleos
instáveis e os pontos verdes representam os
estáveis.
Região verde é chamada de vale de estabilidade.
Todos os nuclídeos com Z > 83 são instáveis.
Isso significa que todos os nuclídeos com um
altos valores de Z - são radioativos, e portanto
sofrem decaimento alfa.
Estabilidade dos núcleos.
Para Z até 20 - os nuclídeos estáveis
tem números de prótons e neutrons
semelhantes , logo a massa A = 2Z e
N/Z =1.
Em átomos maiores o maior número de nêutrons é necessário para superar a repulsão entre prótons e manter
a coesão do núcleo.
Para Z > 20 - os nuclídeos estáveis e
instáveis, tem mais neutrons do que
protons, logo A > 2Z e N/Z > 1.
Estabilidade dos núcleos.
Quando N/Z é elevada - Nuclídeos que
ficam acima do vale da estabilidade
possuem muitos nêutrons e tendem a
converter nêutrons em prótons via
decaimento beta
Quando N/Z é baixa - Os nuclídeos que
se encontram abaixo do vale de
estabilidade têm muitos prótons e
tendem a converter prótons em
nêutrons via emissão de pósitrons ou
captura de elétrons
Prever se cada nuclídeo tem maior probabilidade de decair por decaimento
beta ou emissão de pósitrons
Prever se cada nuclídeo tem maior probabilidade de decair por decaimento
beta ou emissão de pósitrons
a) O magnésio-28 tem 16 nêutrons e 12 prótons, então N/Z = 1,33. No
entanto, para Z = 12, você pode ver na Figura 20.5 que os núcleos estáveis
devem ter um N/Z aprox. = 1. Portanto, um nuclídeo com um número de
massa de 28 é muito pesado para ser estável porque a relação N/Z é muito
alta e o Mg-28 sofre decaimento beta, resultando na conversão de um
nêutron a um próton.
Prever se cada nuclídeo tem maior probabilidade de decair por decaimento
beta ou emissão de pósitrons
O magnésio-22 tem 10 nêutrons e 12 prótons, então N/Z = 0,83 (muito baixo).
Alternativamente, você pode ver na tabela periódica que a massa atômica de magnésio é
de 24,31. Um nuclídeo com um número de massa de 22 é muito leve. Portanto, o Mg-22
sofre emissão de pósitrons, resultando na conversão de um próton em um nêutron. (A
captura de elétrons realizaria a mesma coisa que a emissão de pósitrons, mas em Mg-22,
a emissão de pósitrons é o único modo de decaimento observado.)
Prever se cada nuclídeo tem maior probabilidade de decair por decaimento
beta ou emissão de pósitrons
O molibdênio-102 tem 60 nêutrons e 42 prótons, então N/Z = 1,43. No entanto, para Z = 42,
você pode ver na Figura que os núcleos estáveis devem ter proporções N/Z de cerca de
1,3. Alternativamente, você pode ver na tabela periódica que a massa atômica do
molibdênio é 95,94. Um nuclídeo com um número de massa de 102 é muito pesado para
ser estável; a relação N/Z é muito alta. Portanto, o Mo-102 sofre decaimento beta,
resultando na conversão de um nêutron em um próton.
Escreva a equação nuclear para cada tipo de decaimento
Escreva a equação nuclear para cada tipo de decaimento
