Descoberta do núcleo. Forças nucleares. Nuclídeos experimento de Rutherford Núcleo pequeno e positivo

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1 Descoberta do núcleo experimento de Rutherford Núcleo pequeno e positivo Raio nuclear: fentometro (1 fm = m) Razão entre os raios (r): r núcleo / r átomo = 10-4 Forças nucleares Prótons muito próximos entre si Repelem-se pela força eletromagnética São mantidos no núcleo pela força forte Força de curtíssimo alcance A formação de núcleos requer temperaturas acima de 10 6 K na evolução do Universo Nuclídeos Termo utilizado para designar um determinado tipo de núcleo caracterizado por: Número atômico (Z) Número de massa (A) Estado energético do núcleo 1

2 Isótopos Nuclídeos com o mesmo número atômico Diferem no número de nêutrons e portanto número de massa Pertencem ao mesmo elemento químico Decaimento radioativo Quando um dado nuclídeo emite espontaneamente determinados tipos de partículas transforma-se em um nuclídeo diferente Ocorre com nuclídeos energeticamente instáveis Decaimento alfa A partícula alfa corresponde ao núcleo de Hélio (Z=2; A=4) 238 U 234 Th + 4 He prótons nêutrons Decaimento beta O núcleo transforma um nêutron em um próton Como resultado são produzidos um elétron e um neutrino (ν) que são liberados n p + e - + ν Z aumenta: 15 P 16 S A permanece constante (=32) 2

3 Decaimento beta O núcleo transforma um próton em um nêutron Como resultado são produzidos um pósitron e um neutrino (ν) que são liberados p n + e + + ν Z diminui: 29 Cu 28 Ni A permanece constante (=64) Nuclídeos estáveis Não sofrem decaimento radioativo Há 80 elementos químicos que possuem um ou mais isótopos estáveis entre: Z=1 (Hidrogênio) e Z=82 (Chumbo) Exceto: Tecnécio (Z=43) Promécio (Z=61) Nuclídeos estáveis Existem 253 nuclídeos considerados estáveis sendo que: 90 nuclídeos são previstos teoricamente como estáveis (não sofrem decaimento espontâneo) 163 nuclídeos são teoricamente previstos como instáveis mas o decaimento ainda não foi detectado experimentalmente. Portanto ainda são considerados estáveis Nuclídeos cuja instabilidade é desconhecida experimentalmente podem na verdade serem radioativos com t 1/2 muito elevado decaimento não foi observado experimentalmente Exemplo: Bismuto-209 Somente em 2003 foi descoberto ser radioativo (já era previsto teoricamente) 3

4 São conhecidos: Nuclídeos instáveis 33 nuclídeos radioativos primordiais na natureza 51 nuclídeos radioativos não primordiais que ocorrem naturalmente Nuclídeos primordiais Existem desde a formação do planeta Terra (4, anos) o tempo de meia vida é muito grande e portanto ainda estão presentes em quantidades detectáveis Exemplo: Urânio-235 e Urânio-238 Nuclídeos radioativos primordiais Atualmente é possível detectar a presença de nuclídeos primordiais com tempo de meia-vida de no mínimo 700 milhões de anos. Eventuais nuclídeos primordiais com tempo de meia-vida menores não são possíveis de serem detectados com os instrumentos disponíveis Nuclídeos que existiam na formação do planeta com t 1/2 pequeno são chamados de extintos pois não existem mais atualmente. Nuclídeos não-primordiais radiogênicos Formados a partir do decaimento de outros nuclídeos Estão constantemente sendo produzidos Ex.: 40 K 40 Ar + e + + ν (decaimento β) Aplicação: datação de rochas Nuclídeos não-primordiais cosmogênicos Formados pela presença de raios cósmicos Raios cósmicos na atmosfera produzem nêutrons que interagem com 14 N produzindo 14 C: 14 N + n 14 C + p Aplicação: datação em sítios arqueológicos Z=92 Urânio Vários isótopos conhecidos nenhum estável Isótopo ocorrência t 1/2 U ,3 % 44, anos U-235 0,7 % 7, anos 4

5 Urânio reator nuclear A energia é liberada pela fissão do U-235 por nêutrons térmicos Requer enriquecimento de forma a obter 3% de U-235 em U-238 Urânio primordial Isótopo 4,5 bilhões ano atrás hoje U % 99,3% U % 0,7% 15 bilhões de anos: Um ponto explode em um evento chamado de Formaram-se partículas com temperaturas 10 9 K Expansão do universo: Temperatura continua diminuindo Temperatura diminui Partículas começam a se agrupar Força forte: uniu prótons e nêutron (formação dos núcleos leves) Força eletroamgnética: atraiu elétrons e núcleos formando átomos Após 2h do haviam formados majoritariamente hidrogênio e hélio 5

6 Condensação pela gravidade de nuvens de H e He formaram as primeiras estrelas Devido à compressão a temperatura aumentou no interior da estrelas e reações de fusão nuclear foram possíveis formando elementos mais pesados C + He O + energia A formação até Z=26 foi possível no interior das estrelas Formação de He no interior do Sol 6

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