A radioatividade e a idade da Terra

Transcrição

1 A radioatividade e a idade da Terra Luiz Fernando Mackedanz [email protected] Centro de Ciências Naturais e Tecnológicas Universidade Federal do Pampa, Caçapava do Sul, RS, Brasil L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.1

2 O que é radioatividade? Emissão de energia quando um elemento instável se desintegra; Radioatividade propriedade que os átomos têm de emitir radiação; São exemplos: U 235, Cs 137, Co 60, Th 232 ; Tipos de radiação: ondas eletromagnéticas (raios γ) ou partículas subatômicas com altas velocidades (partículas α, β e nêutrons); Descoberta da radiação revelou a existência de partículas menores que o átomo: prótons, nêutrons e elétrons. L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.2

3 Como ela foi descoberta? A radioatividade foi descoberta no final do século passado: Röentgen descobriu os raios X; Becquerel foi encarregado de verificar a descoberta de Röentgen e acabou descobrindo a radiotividade pela observação da fluorescência de alguns minerais; Thomson descobriu o elétron; Marie Curie descobriu o polônio e o rádio devido a sua intensa atividade; Rutherford identificou a natureza de dois tipos distintos de radiação: alfa e beta; Villard, separadamente, investigou a radiação gama; L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.3

4 E no início do século XX Lenard descreveu o átomo como sendo constituído por duas cargas, positiva e negativa, separadas pelo vazio; Rutherford descobriu os núcleos atômicos e as transmutações: um átomo de um elemento podia perder corpúsculos e tornar-se outro elemento; A radioatividade ocorre porque as forças de ligação do núcleo são insuficientes para manter suas partículas perfeitamente ligadas. L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.4

5 Tipos de radiação L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.5

6 Radiação Alfa Constituição: núcleos de Hélio, dois prótons e dois nêutrons 4 He 2 Velocidade inicial variando de 3000 a km/s (velocidade média em torno de km/s ou 0,05c) Pequeno poder de penetração. São detidas por uma camada de 7 cm de ar, uma folha de papel ou uma chapa de alumínio, com 0,06 milímetros de espessura. ao incidir sobre o corpo humano, são detidas pela camada de células mortas da pele, podendo, no máximo, causar queimaduras. L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.6

7 Radiação Beta Constituição: pósitrons ou elétrons Velocidade inicial variando entre e km/s, ou seja, até 0,95c. Médio poder de penetração. São de 50 e 100 vezes mais penetrantes que as partículas alfa. Atravessam alguns metros de ar e até 16 mm de madeira. São detidas por lâminas de alumínio com 1cm de espessura ou por lâminas de chumbo com espessura maior que 2mm. Ao incidirem sobre o corpo humano, podem penetrar até 2cm e causar sérios danos. L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.7

8 Radiação Gama Semelhantes aos raios X sem massa nem carga elétrica Velocidade igual à velocidade da luz, ou aproximadamente km/s. Alto poder de penetração. os raios gama são mais penetrantes que os raios X, pois possuem comprimentos de onda bem menores, variando entre 0,1 e 0,001. Atravessam milhares de metros de ar, até 25 cm de madeira ou 15 cm de espessura de aço. São detidos por placas de chumbo com mais de 5cm de espessura ou por grossas paredes de concreto. Podem atravessar completamente o corpo humano causando danos irreparáveis. L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.8

9 Comparação entre radiações L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.9

10 Meia Vida dos Elementos L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.10

11 Decaimento Radioativo L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.11

12 Decaimento dado por uma curva exponencial t1/2 tempo de meia vida N = N 0 e λt. t 1/2 = log 2 λ. Se o valor da meia vida de uma substância radioativa é conhecido, basta medir o número de átomos dessa substância presentes hoje na amostra, para determinar a idade da amostra. L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.12

13 Série do Urânio-238 L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.13

14 Mais decaimento do urânio L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.14

15 Pais e Filhos - Isótopos L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.15

16 Ainda Pais e Filhos L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.16

17 O método do Carbono-14 Usado somente para avaliar idade de corpos orgânicos Formação (a partir do nitrogênio do ar) 14 N n 0 14 C H 1 Oxidação 14 C + O 2 14 CO 2 gás carbônico radioativo Decaimento beta 14 C 6 14 N 7 + β L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.17

18 Atividade radioativa L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.18

19 Curvas de Libby L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.19

20 Outro método de datação radioativa Para determinar a idade de um material não orgânico (uma rocha, por exemplo) dissolve-se um pedaço da rocha em ácido; retira-se e separa-se o urânio e o chumbo; mede-se a quantidade de cada um. considerando N1 átomos de urânio e N 2 átomos de chumbo, a idade T da rocha é dada por: T = (t 1/2 log 2) log 1 + N «2 N 1 Incertezas do método: pressupor que todo urânio da amostra virou chumbo um dos elementos intermediaias da série de decaimento é um gás, o Radônio-222, que pode evaporar. chumbo primário, ou não-radiogênico. L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.20

21 Método de datação de rochas L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.21

22 Método de datação de rochas L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.22

23 Métodos complementares de datação Usando Potássio-40 (decaimento beta) 40 K Ca 20 + β não serve para datação de rochas por absorção de elétron 40 K 19 + e 40 Ar 18 não é processo radioativo Argônio é um gás e este processo só é válido se este gás for aprisionado na rocha mica L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.23

24 Bibliografia Apostilas Eletrônicas da Dona Fifi { NAEQ/UCS { CNEN { } L. F. Mackedanz - Física Fundamental IV p.24