O QUE É UM ÁTOMO? PROF. NÍLIA

Transcrição

1 PROF. NÍLIA

2 O QUE É UM ÁTOMO? Todas as coisas existentes na natureza são constituídas de átomos ou suas combinações. NÚCLEO, onde fica concentrada a massa, como o Sol, e em partículas girando em seu redor, denominadas elétrons, equivalentes aos planetas, que ficam na ELETROSFERA. Como o Sistema Solar, o átomo possui grandes espaços vazios, que podem ser atravessados por partículas menores do que ele. PROF. NÍLIA

3 O ÁTOMO É FORMADO DE QUAIS PARTÍCULAS? O núcleo do átomo é formado, basicamente, por partículas de carga positiva, (Prótons), de partículas de mesmo tamanho mas sem carga,denominadas nêutrons. O número de prótons (ou número atômico) identifica um elemento químico, comandando seu comportamento em relação aos outros elementos. PROF. NÍLIA

4 A DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE O fenômeno da radioatividade foi descoberto pelo físico francês Henri Becquerel, em Becquerel realizou diversos estudos e verificou que sais de urânio emitiam radiação semelhante à dos raios-x, impressionando chapas fotográficas. Por outro lado, já no início do século XX, Rutherford e Soddy propuseram que a emissão de partículas α e β era devida à desintegração espontânea de átomos radioativos que se transformavam em um novo elemento. Essa hipótese foi bastante combatida na época, já que contrariava a idéia da indestrutibilidade do átomo.

5 RADIOATIVIDADE

6 RADIOATIVIDADE A Radioatividade é a atividade, que certos átomos possuem, de emitir radiações eletromagnéticas e / ou partículas de seus núcleos instáveis, com o propósito de adquirir estabilidade. Nesse processo são originados outros núcleos, que podem ser estáveis ou ainda instáveis; quando o núcleo formado ainda é instável, ele continua emitindo partículas e/ou radiações até se transformar em um núcleo estável.

7 O QUE É ENTÃO RADIOATIVIDADE? RADIOATIVIDADE, à propriedade de emissão de radiações por diversas substâncias que contem elementos com número atômico superior a 82.

8 O QUE É UMA REAÇÃO NUCLEAR? Realmente, a radioatividade implica alterações no núcleo do átomo. Fala-se, por isso, em reações nucleares. A quantidade de energia envolvida em uma reação nuclear é muitíssimo maior do que a liberada em uma "explosiva" reação química. Podemos dizer que as reações; nucleares fogem ao campo especifico da química. Apesar disso, inúmeros aspectos dos fenômenos radioativos podem ser empregados em Química. NUCLÍDEOS É o nome dado a um núcleo caracterizado por um número atômico (Z) e um número de massa (A) RADIONUCLÍDEOS É um nuclídeo emissor de radiação

9 REAÇÕES QUÍMICAS REAÇÕES NUCLEARES Conservam os elementos químicos presentes (núcleos) A reatividade química de um elemento varia com o tipo de ligação da qual ele participa, com seu número de oxidação, etc. Diferentes isótopos de um elemento têm propriedades químicas iguais Geralmente transformam um elemento químico em outro A reatividade nuclear de um elemento independente das ligações químicas das quais ele participa Propriedades nucleares de formas isotópicas diferentes podem ser muito diferentes Implicam enormes variações de energia

10 RADIAÇÕES ALFA, BETA E GAMA As radiações alfa ( a ) e beta ( b ) são partículas que possuem massa, carga elétrica e velocidade. Os raios gama ( g ) são ondas eletromagnéticas ( não possuem massa) e que se propagam com a velocidade de km/s.

11 RADIAÇÕES ALFA ( α ) Partículas α: têm carga (positiva) + 2 têm massa 4 (idêntica á dos núcleos de hélio (He - 2 prótons e 2 nêutrons); são emitidas com grande velocidade (até um máximo de km/s); possuem grande energia, sendo porém barradas por uma folha de papel ou por uma lâmina de alumínio de 0,1 mm de espessura; têm grande capacidade de ionizar gases (por remoção de elétrons deles).

12 RADIAÇÕES BETA ( β ) têm carga (negativa) -1; são elétrons emitidos pelo núcleo dos átomos; são emitidas a velocidades muito altas, podendo chegar até próximo da velocidade da luz ( km/s); têm poder de penetração maior que as partículas α, sendo barradas por placas de alumínio de 5 mm de espessura ou de chumbo de 1 mm de espessura.

13 RADIAÇÕES GAMA ( γ ) não têm carga elétrica; são radiações semelhantes aos raios X, possuindo, porém, maior energia e menor comprimento de onda (l= 0,5 a 100 pm); têm velocidade igual à da luz (como todas as ondas eletromagnéticas); têm grande poder de penetração, superior até a 15 cm de espessura no aço.

14 PROF. NÍLIA

15 VOCE TEM IDÉIA DE QUAL SEJA A DIFERENÇA ENTRE RADIAÇÕES IONIZANTES E NÃO IONIZANTES?

16 RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES As radiações de freqüência igual ou menor que a da luz (abaixo, portanto, de ~8x1014Hz (luz violeta)) são chamadas de radiações não ionizantes. Geralmente a faixa de freqüência mais baixa do UV (UV-A ou UV próximo) também é considerada não ionizante ainda que ela e até mesmo a luz pode ionizar alguns átomos. Elas não alteram o átomo mas ainda assim, algumas, podem causar problemas de saúde. Como microondas, monitores de computador e celulares. PROF. NÍLIA

17 RADIAÇÕES IONIZANTES Se uma radiação tem energia suficiente para retirar ou deslocar um elétron de sua órbita - tem que possuir nível de energia igual ou maior do que a energia que fixa o elétron em sua órbita - ela é chamada de radiação ionizante. A característica importante destas radiações ionizantes é a liberação localizada de grandes quantidades de energia e portanto capazes de provocar alterações importantes na estrutura de um átomo. A radiação ionizante pode provocar uma alteração ou um dano no material irradiado. É assim que a radioterapia agride células tumorais (câncer, por exemplo); e é assim que a radiação pode causar malformação fetal ou fazer cair cabelo, ou matar uma bactéria, ou mudar a cor de uma pedra preciosa, etc.

18 Radiações eletromagnéticas : Não têm massa, isto é, são apenas ondas sem partículas ou corpúsculos. As formas mais comuns de radiações ionizantes eletromagnéticas são os raios X e os raios Gama. Estes dois tipos de raios, na verdade, são iguais do ponto de vista de suas propriedades físicas. A designação X ou Gama reflete simplesmente a forma pela qual são produzidos. Radiações corpusculares: Ao contrario das radiações eletromagnéticas, as radiações corpusculares, como diz o nome, têm massa. Partículas que fazem parte do átomo, como elétrons nêutrons, prótons e outras, quando possuem alta velocidade podem formar um feixe de radiação corpuscular que é emitido pelos núcleos de átomos instáveis.

19 EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO IONIZANTE Cerebrais Aos olhos Boca Estômago Gestação Ovários Medula óssea Vasos sanguíneos

20 RADIAÇÃO X CONTAMINAÇÃO IRRADIAÇÃO irradiação é a exposição de um objeto ou um corpo à radiação, o que pode ocorrer à distância, sem necessidade de contato. Irradiar, portanto, não significa contaminar. CONTAMINAÇÃO Contaminação, radioativa ou não, caracteriza-se pela presença indesejável de um material em local onde não deveria estar. No caso de materiais radioativos, a contaminação gera irradiações. Para descontaminar um local, retira-se o material contaminante. Sem o contaminante o lugar não apresentará irradiação, nem ficará radioativo.

21 DETECÇÃO DA RADIAÇÃO O contador Geiger (ou contador Geiger-Müller ou contador G-M) serve para medir certas radiações ionizantes (partículas alfa, beta ou radiação gama e raios-x, mas não os nêutrons). Seu funcionamento é baseado na capacidade que as radiações têm de ionizar gases. Quanto mais radiação atingir o gás da ampola, maior será a condutividade elétrica do gás, maior será o nível de ruído e maior o nível de radiação indicado pelo mostrador.

22 Técnico usando contador Geiger para medir nível de radioatividade nas roupas de seu colega Contador GEIGER PROF. NÍLIA

23 CINÉTICA DAS EMISSÕES TEMPO DE MEIA VIDA Cada elemento radioativo se transmuta a uma velocidade que lhe é característica. Meia-vida é o tempo necessário para que a sua atividade radioativa seja reduzida à metade da atividade inicial. Após o primeiro período de meia-vida, somente a metade dos átomos radioativos originais permanecem radioativos. No segundo período, somente 1/4, e assim por diante. Alguns elementos possuem meia-vida de frações de segundos. Outros, de bilhões de anos.

24 GRÁFICOS DE MEIA-VIDA

25

26 SÉRIES RADIOATIVAS Todos os elementos com número atômico igual ou superior a 84 são radioativos. Os elementos de número atômico superior ao do urânio são todos artificiais, isto é, foram obtidos pelos pelos físicos nucleares. Os isótopos radioativos naturais conhecidos pertencem a cada uma das três séries ou famílias radioativas naturais:

27 Série do urânio - Nesta série o elemento pai é o 238U Série do actínio - Nesta série o elemento pai é o U Série do tório - Nesta série o elemento pai é o 232,90Th Nas três séries radioativas naturais, todos os átomos participantes diferem um múltiplo de 4 unidades de número de massa do elemento-pai, pois temos emissões de partículas a e de partículas b Com isso, podemos fazer a generalização: Série do tório - série 4n Série do Netúnio série 4n + 1 Série do urânio - série 4n + 2 Série do actínio - série 4n + 3

28

29

30 TRANSMUTAÇÃO NUCLEAR É A TRANSFORMAÇÃO DE UM NUCLÍDEO EM OUTRO PROVOCADA PELO BOMBARDEIO COM UMA PARTÍCULA

31 ALGUMAS APLICAÇÕES DA RADIOATIVIDADE Na área industrial, utiliza-se a radiação para radiografar peças mecânicas, e com isso fazer um diagnóstico de um defeito ou uma peça quebrada no interior de um equipamento. Na indústria alimentícia utilizam-se radiações de alta energia, evitando que frutas se estraguem mais rapidamente ou brotem ramificações, e assim possam ser armazenadas por maiores períodos de tempo. A radiação, por atacar microorganismos, também é utilizada na esterilização de materiais.

32 DATAÇÃO DO CARBONO 14 O carbono-14, 14C ou radiocarbono é um isótopo radioativo natural do elemento carbono, recebendo esta numeração porque apresenta massa atômica 14. Este isótopo apresenta dois nêutrons a mais no seu núcleo que o isótopo estável carbono-12. Entre os cinco isótopos instáveis do carbono, o carbono-14 é aquele que apresenta a maior meiavida, que é de aproximadamente 5730 anos.

33 Quando o ser vivo morre inicia-se uma diminuição da quantidade de carbono-14 devido a sua desintegração radiativa. No carbono-14 um nêutron do núcleo se desintegra produzindo um próton ( que permanece no núcleo aumentando o número atômico de 6 para 7 ) com emissão de uma partícula beta ( elétron nuclear ). O resultado da desintegração do nêutron nuclear do carbono -14 origina como produto o átomo de nitrogênio-14 Como essa desintegração ocorre num período de meia-vida de 5730 anos é possível fazer a datação radiométrica de objetos ou materiais arqueológicos com idades dentro desta ordem de grandeza. PROF. NÍLIA

34

35 RADIOATIVIDADE x MEDICINA O objetivo da medicina nuclear visa o diagnóstico. Na medicina nuclear substâncias radioativas são injetadas pela veia do paciente, e, tempo depois este é colocado sob equipamentos que medem a radioatividade da droga injetada e que foi absorvida por certos órgãos do corpo. Assim é possível fazer um mapeamento de órgãos, dependendo do tipo de material injetado. Radiologia Ressonância Magnética Tomografia computadorizada Ultra-sonografia Radioterapia Quimioterapia

36 APLICAÇÃO DA RADIOATIVIDADE NA MEDICINA A mais antiga e difundida área desta utilização é a radiologia, que estuda como se faz e interpreta a radiografia. As radiografias não afectam a saúde da pessoa irradiada devido ao curto espaço de tempo em que a pessoa é exposta à radiação e também que este não constitui um ato rotineiro. Mesmo assim, mulheres no primeiro trimestre de gravidez devem evitar a exposição aos raios X. A radioterapia e a medicina nuclear constituem uma outra área de atuação da medicina com o uso da radiação. A radioterapia é destinada principalmente ao controle do câncer, uma vez que a radiação penetra no corpo e atinge tumores malignos. Na radioterapia o paciente fica exposto mais tempo à radiação e uma alta dose é dirigida à região a ser tratada. A radioterapia tem como principal objetivo a agressão de tecidos do corpo humano, no caso os tumores.

37 FISSÃO NUCLEAR Na fissão (ou cisão) nuclear, um átomo de um elemento é dividido produzindo dois átomos de menores dimensões de elementos diferentes. 1 g de Urânio- 235 equivale sob o ponto de vista energético a cerca de trinta toneladas de explosivo TNT.

38 REACÇÃO EM CADEIA A fissão de urânio 235 liberta uma média de 2,5 nêutrons por cada núcleo dividido. Por sua vez, estes neutrons vão rapidamente causar a fissão de mais átomos, que irão libertar mais neutrons e assim sucessivamente, iniciando uma autosustentada série de fissões nucleares, à qual que se dá o nome de reação em cadeia, que resulta na libertação contínua de energia. PROF. NÍLIA

39 BOMBA ATÓMICA

40 Bomba atómica 2 Quando uma bomba atômica é detonada, forma-se uma bola de fogo (cogumelo) contendo materiais radioativos. Devido a sua alta temperatura (aproximadamente oc) ela expande-se no ambiente ao seu redor, e os materiais nela contidos são lançados na atmosfera e posteriormente precipitam-se depositando-se sobre a superfície da terra. Há liberação de grande quantidade de energia se faz através da radiação térmica (calor); do choque mecânico; das radiações nucleares e dos pulso eletromagnéticos. A bomba de 12 kt (kilonton) lançada em Hiroshima foi responsável por mortes e danos a outros indivíduos. As explosões de Hiroshima e Nagasaki foram um alerta pra toda a humanidade do poder destruidor deste aterfato bélico. Mas foi a partir daí que o homem passou a estudar melhor a aplicação do uso pacífico da radiações ionizantes, que são amplamente usadas na medicina; industria, agricultura e em aplicações ambientais. Estas técnicas representam hoje um PROF. NÍLIA grande avanço tecnológico e a quem diga que seria um retrocesso ter que abandoná-las.

41 BOMBA ATÓMICA As explosões de Hiroshima e Nagasaki foram um alerta pra toda a humanidade do poder destruidor deste aterfato bélico. Mas foi a partir daí que o homem passou a estudar melhor a aplicação do uso pacífico da radiações ionizantes, que são amplamente usadas na medicina; industria, agricultura e em aplicações ambientais. Estas técnicas representam hoje um grande avanço tecnológico e a quem diga que seria um retrocesso ter que abandoná-las.

42

43 FUSÃO NUCLEAR Na Fusão Nuclear, dois ou mais núcleos atômicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico. A fusão nuclear requer muita energia para acontecer, e geralmente liberta muito mais energia que consome. O Sol, um reator de fusão natural

44 A fusão de isótopos de hidrogênio, è responsável pela liberação de enormes quantidades de energia. A energia liberada na fusão è bem maior que a de um processo de fissão, que é da ordem de quilotons, isto é, 106 toneladas de TNT. São exemplos de fusão nuclear a que ocorre espontaneamente no Sol, e em muitas estrelas, e a provocada na chamada bomba de hidrogênio. A bomba de hidrogênio consiste na fusão nuclear de deutério, 2,1H ou 2,1D, e trítio, 3,1H, com liberação de energia equivalente á de 50 bombas atômicas. Para que essa fusão ocorra é necessário que se tenha altas temperaturas. Dai os processos de fissão serem usados para desencadear a fusão. A fusão nuclear que ocorre na bomba H pode ser assim representada: 2,1H + 3,1H => 4,2He + 1,0n Enquanto a fissão nuclear pode ser controlada nos reatores nucleares, permitindo a obtenção de energia de forma útil à nossa vida, o controle de fusão nuclear continua sendo objeto de pesquisa. PROF. NÍLIA

45 REACTOR NUCLEAR Um reactor nuclear é uma câmara blindada contra a radiação, onde é produzida uma reacção nuclear controlada para a obtenção de energia, produção de materiais fissionáveis como o plutônio para armamentos nucleares, propulsão de submarinos e satélites artificiais ou para pesquisas. Uma central nuclear pode conter vários reactores. Actualmente apenas os reactores nucleares de fissão são empregues para a produção de energia comercial, porém os reatores nucleares de fusão estão sendo empregues em fase experimental.

46 FUNCIONAMENTO DE UM REACTOR Produzem calor dividindo átomos, diferentemente das estações de energia convencionais, que produzem calor queimando combustível. O calor produzido serve para ferver água, que irá fazer funcionar turbinas a vapor para gerar eletricidade. Um reactor produz grandes quantidades de calor e intensas correntes de radiação neutrônica e gama. Ambas são mortais para todas as formas de vida mesmo em quantidades pequenas, causando doenças, leucemia e, por fim, a morte. O reactor deve estar rodeado de um espesso escudo de cimento e aço, para evitar fugas prejudiciais de radiação. As matérias radioativas são manejadas por controle remoto e armazenadas em contentores de chumbo, um excelente PROF. NÍLIA escudo contra a radiação.

47 PROF. NÍLIA

48 LIXO RADIOATIVO Conhecido como rejeito radioativo é todo material resultante de atividades humanas, que contém elementos radioativos acima dos limites de isenção e para o qual não há previsão de reutilização. Este rejeito fica confinado em depósitos temporários ou definitivos; Os rejeitos radioativos assim como todas as substâncias radioativas, estão sob o controle de órgãos licenciados e fiscalizadores com documentação detalhada e à disposição das autoridades; Quando não devidamente tratado e armazenado pelo tempo necessário, causa os mesmos efeitos da radiação ionizante devido a existência da radioatividade.

49 Acidentes Radioactivos

50 Chernobyl 1986, URSS PROF. NÍLIA

51 Tambores usados para transporte e deposito do material radioativo.

52

53 O conhecimento a respeito da estrutura do átomo e de suas características torna possível uma boa compreensão sobre os fenômenos relacionados ao seu núcleo, que representa a região mais energética de toda a matéria e corresponde à menor parte do átomo (entre dez e cem mil vezes menor que ele), concentrando praticamente toda a massa deste. CONCLUSÃO

54 Neste momento, já somos capazes de entender melhor a respeito da radioatividade e de toda a energia nuclear, podendo então participar mais ativamente do mundo em que vivemos, no qual as tecnologias estão cada vez mais próximas de nós, muitas vezes, sem que a percebemos./todas as reações químicas elementares, bem como as ligações químicas interatômicas responsáveis pela infinidade de substâncias conhecidas pelo ser humano, ocorrem com alterações somente na eletrosfera; o núcleo, nesses e nos demais casos, mantémse constantemente inalterado; porém, quando ocorre a modificação deste, sabemos que as conseqüências podem ser catastróficas.

55 SITES DE CONSULTA culas_elementares_da_mat.c3.a9ria PROF. NÍLIA