PRINCÍPIO BÁSICO: Isótopo Estável + Partícula incidente (n, p, a, g ) Isótopo Radioativo + Partículas emitidas. Medida das radiações emitidas

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1 Radioquímica

2 PRINCÍPIO BÁSICO: Isótopo Estável + Partícula incidente (n, p, a, g ) Isótopo Radioativo + Partículas emitidas (n, p, a, g ) Medida das radiações emitidas

3 O Núcleo Atómico Importância de A (número de massa). Nuclídeo: espécie de átomo caracterizado pela constituição do seu núcleo, em particular por seu número de protões (P) e de neutrões (N). Isótopos: mesmo Z (número atómico). Isóbaros: mesmo A (número de massa). Isótonos: mesmo N (número de neutrões). Comportamento nuclear vs estado químico. Tabela de nuclídeos.

4 NUCLÍDEOS Espécies de átomos caracterizados pela constituição do seu núcleo, em particular pelo seu número de protões e de neutrões. Dos 111 elementos químicos usuais, 81 possuem isótopos estáveis, sendo o Bi (Z=83) o mais pesado.

5 NUCLIDEOS Os isótopos dos 28 elementos restantes são radioactivos. O U (Z=92) é o mais pesado dos que ocorrem na natureza. Cerca de 2000 nuclídeos já foram identificados. Desses, somente 264 nuclídeos são estáveis, sendo os restantes radioactivos.

6 Tipos de Nuclídeos Isótopos - Possuem o mesmo número de protões (Z= constante) mas diferentes números de massa e diferentes números de neutrões. Ex: Isóbaros - Possuem o mesmo número de nucleões (A = constante). Pertencem a diferentes elementos químicos. Ex: 235 U , 238 UU, Sr, y

7 Isótonos - Possuem o mesmo número de neutrões Ex: 64 Zn, 63 Cu, 62 Ni N Isodiáferos - Possuem o mesmo excesso de neutrões relativamente aos protões (A-2Z=N-Z=constante). Ex: SiPSCl,,, Ar 14, N Z 2

8 Isómeros ou Nuclídeos Isoméricos Não diferem no número de protões ou de neutrões, mas somente no estado energético do núcleo. Estado fundamental - estado de energia mais baixo. Isómero de meia vida muito curta estado excitado. ( t / 2 1 Meias vidas maiores estados meta-estáveis. ) 1 s

9 Nuclídeo isomérico em estado de energia mais alto que o estado fundamental libertação de energia geralmente por emissão de radiação g. Sc t/1 18s7. 46 g Sc 46 m 2 Rh t /1 57 m103 g Rh 103 m 2 g=ground state

10 Classificação dos Nuclídeos Nuclídeos estáveis - não sofrem decaimento radioativo: são 264 atualmente; Ex: 12 C, 16 O Radionuclídeos naturais primários - existem desde a origem do sistema solar; Ex: 238 U, 40 K, 87 Rb Radionuclídeos naturais secundários - produzidos pelo decaimento dos anteriores; Ex: 226 Ra, 234 Th ( filhos do 238 U) Radionuclídeos naturais induzidos : produzidos pela Acão dos raios cósmicos na atmosfera; Ex: 3 H, 14 C Radionuclídeos artificiais: produzidos pelo homem, em reações nucleares: cerca de 2000 são conhecidos

11 Energia de Ligação do Núcleo Energia de ligação nuclear total: energia libertada no processo hipotético de reunir Z protões e N neutrões para formar um núcleo. E = mc 2 Ε Β + Α Ζ M Μ * 931_ ΜeV = zm Η Ν

12 Unidades de energia em física nuclear. Energia de ligação: ~ proporcional a A. Energia de ligação/nucleão (MeV/nucleão). Cálculo da energia de ligação/nucleão para o 4 He H 112 He Li CBe

13 Unidades de energia o eletrão-volt + V1 volt - Eletrão-volt: variação de energia cinética do eletrão, quando a diferença de potencial for de 1 volt. V.q

14 1e = x10 19 C 1eV = x10 19 J 1J = 1eV / x10 19 J E mc 2 m = E c E1 Kg = 1Kg * m/s 8, J 16 9, E1 Kg = = 5, eV 5, , MeV

15 Número de Massa

16 Diferença entre as E L /nucleão para nuclídeos estáveis e radioativos. 5 Li 6 Li 7 Li 8 Li

17 Definições de Estabilidade 1. Não se deteta radioatividade. Não há transformação em outro nuclídeo. 2. Sistema nuclear é estável em relação a outro quando a diferença de energia é negativa: massa em repouso do primeiro é menor que a do segundo.

18 Definições de Estabilidade Ex: 4 He é mais estável do que os seus constituintes isolados. 235 U é instável em relação ao sistema 231 Th + 4 He 235 U Th + 4 He Diferença

19 Forças Nucleares Atração gravitacional fraca Força eletrostática protões ( repulsão ) Caraterísticas das Forças Nucleares - Alcance muito curto: experiências de bombardeamento com partículas elementares e a partir das propriedades do deuterão.

20 Distância a partir do centro do núcleo (Fermi = m) o Neutrão E pot = o o Barreira coulombiana o Neutrão Poço de potencial Protão - A atracção transforma-se em repulsão com uma maior aproximação (semelhança com Forças de Van der Waals ).

21 - Independência da carga a força é de mesma magnitude para 2 protões, 1 protão e um neutrão ou 2 neutrões. - Saturação das forças nucleares : Interacções possíveis entre pares de nucleões: 1 2 A A 1

22 Energia da ligação: - proporcional a A - Semelhança com as forças de valência. - Repulsões Coulombianas (protões): não mostram saturação. - São aproximadamente proporcionais ao número de protões que interagem: 1 Z 2 Z 1

23 Consequência : -Queda suave na energia de ligação/nucleão para núcleos pesados. - Dependem do estado quântico do sistema. Estado estável do deuterão: neutrão e protão com spins paralelos. Experiência de espalhamento : interação de 2 nucleões depende de sua quantidade de movimento angular relativa.

24 Sistemática dos Núcleos Estáveis - Nuclídeos estáveis: formam uma banda através da tabela de nuclídeos. - Parte inferior: associada c / Z = N ( 4 He, 16 O) -até o 40 Ca (Z=N=20) último nuclídeo estável com Z = N - A partir daí: N / Z > 1

25 Sistemática dos Núcleos Estáveis Nuclídeo estável mais pesado ( 209 Bi), Z=83 N=126 N / Z = 1.52 Excesso de neutrões: compensação para repulsão Coulombiana. Equação da linha de estabilidade: N ~= Z para os nuclídeos leves. N Z 2 ZA 3 /60