Apostila de Química 03 Radioatividade 1.0 Histórico Em 1896, acidentalmente, Becquerel descobriu a radioatividade natural, ao observar que o sulfato duplo de potássio e uranila: K2(UO2)(SO4)2 conseguia impressionar chapas fotográficas. Em 1898, Pierre e Marie Curie identificaram o urânio, o polônio (400 vezes mais radioativo que o urânio) e depois, o rádio (900 vezes mais radioativo que o urânio). 2.0 Conceito de Radioatividade É a capacidade que certos átomos possuem de emitir radiações eletromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis com o objetivo de adquirir estabilidade. A emissão de partículas faz com que o átomo radioativo de determinado elemento químico se transforme num átomo de outro elemento químico diferente A reação nuclear é denominada decomposição radioativa ou decaimento. Novas descobertas demonstraram que os elementos radioativos naturais emitem três tipos de radiações: α, β e γ. No começo do século XX, Rutherford criou uma aparelhagem para estudar estas radiações. As radiações eram emitidas pelo material radioativo, contido no interior de um bloco de chumbo e submetidas a um campo magnético. Sua trajetória era desviada.
3.0 A Radiação Alfa 2 prótons + 2 nêutrons = +2 4 4.0 A Radiação Beta 1 elétron = -1 0 5.0 A Radiação Gama Radiação eletromagnética. 6.0 Transmutação Natural 6.1 1ª Lei da Radioatividade (lei de Soddy) "Quando um núcleo emite uma partícula alfa (α), seu número atômico diminui de duas unidades e seu número de massa diminui de quatro unidades." Z X A = 2 ƒώ 4 + Z-2 Y A-4 Ex: 92 U 235 = 2 ƒώ 4 + 90 Th 231 6.2 2ª Lei da Radioatividade (lei de Soddy-Fajans-Russel) "Quando um núcleo emite uma partícula beta (b), seu número atômico aumenta de uma unidade e seu número de massa não se altera." Z X A = -1 β 0 + Z+1Y A Ex: 83 Bi 210 = -1 β 0 + 84 Po 210
7.0 Famílias Radioativas Os elementos com número atômico igual ou superior a 84 são radioativos, assim como o Tc (Z = 43) e o Pm (Z = 61). Os elementos de número atômico superior ao do urânio são todos artificiais (assim como o Tc e o Pm). Na natureza existem elementos radioativos que realizam transmutações ou "desintegrações" sucessivas, até que o núcleo atinja uma configuração estável. Isso significa que, após um decaimento radioativo, o núcleo não possui, ainda, uma organização interna estável e, assim, ele executa outra transmutação para melhorá-la e, ainda não conseguindo, prossegue, até atingir a configuração de equilíbrio 8.0 Poder de Penetração 9.0 Poder de Ionização
10.0 Resumo 10.1 Emissões alfa (2ƒΏ4) Partículas com carga elétrica positiva, constituídas de 2 prótons e 2 nêutrons. Velocidade média: 20000 km/s. Poder de penetração: pequeno, são detidos por pele, folha de papel ou 7 cm de ar. Poder ionizante ao ar: elevado, por onde passam capturam elétrons, transformando-se em átomos de Hélio. 10.2 Emissões beta (-1 β 0) Partículas com carga elétrica negativa e massa desprezível (elétrons atirados para fora do núcleo). Nêutron = próton + elétron + neutrino Os prótons permanecem no núcleo e os elétrons e neutrinos são atirados fora dele. Ou: 0 n 1 = 1 p 1 + -1 b 0 + neutrino Velocidade média: 95% da velocidade da luz. Poder de penetração: 50 a 100 vezes mais penetrantes que as partículas alfa. São detidas por 1 cm de alumínio (Al) ou 2 mm de chumbo (Pb). Danos os organismos: maiores do que as emissões alfa, podem penetrar até 2 cm do corpo humano e causar danos sérios. 10.3 Emissões gama (0γ0) São ondas eletromagnéticas, da mesma natureza da luz, semelhantes ao raio X. Sem carga elétrica nem massa. Velocidade: igual à da luz (300 000 km/s). Poder de penetração: alto, são mais penetrantes que raios X. são detidos por 5 cm de chumbo (Pb). Danos à saúde: máximo, pois podem atravessar o corpo humano, causando danos irreparáveis. 11.0 Transmutação Artificial A primeira transmutação artificial foi conseguida em 1919 por Rutherford, ao bombardear núcleos de nitrogênio com partículas alfa. 7N 14 + +2 4 8O 17 + +1 p 1 Em 1934, James Chadwick descobriu os nêutrons ao bombardear átomos de berílio.
12.0 Transmutação Nuclear 12.1 Fissão Nuclear É a divisão de um núcleo atômico pesado e instável através do seu bombardeamento com nêutrons - obtendo dois núcleos menores, nêutrons e a liberação de uma quantidade enorme de energia. Os nêutrons liberados na reação irão provocar a fissão de novos núcleos, liberando outros nêutrons, ocorrendo então uma reação em cadeia: Essa reação é responsável pelo funcionamento de reatores nucleares e pela desintegração da bomba atômica. 12.2 Fusão Nuclear É a junção de dois ou mais núcleos atômicos produzindo um único núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia. Nas estrelas como o Sol, ocorre a contínua irradiação de energia (luz, calor, ultravioleta, etc.) proveniente da reação de fusão nuclear. 13.0 Efeitos das Radiações e Aplicações 13.1 Efeitos elétricos O ar atmosférico e gases são ionizados pelas radiações, tornando-se condutores de eletricidade. O aparelho usado para detectar a presença de radiação e medir sua intensidade, chamado contador Geiger, utiliza esta propriedade. 13.2 Efeitos luminosos As radiações provocam fluorescência em certas substâncias, como o sulfeto de zinco - esta propriedade é utilizada na fabricação de ponteiros luminosos de relógios e objetos de decoração. 13.3 Efeitos biológicos As radiações podem ser utilizadas com fins benéficos, no tratamento de algumas espécies de câncer, em dosagens apropriadas. Mas em quantidades elevadas, são nocivas aos tecidos vivos, causam grande perda das defesas naturais, queimaduras e hemorragias. Também afetam o DNA, provocando mutações genéticas. 13.4 Aplicações na indústria Em radiografias de tubos, lajes, etc. - para detectar trincas, falhas ou corrosões. No controle de produção; no controle do desgaste de materiais; na determinação de vazamentos em canalizações, oleodutos; na conservação de alimentos; na esterilização de seringas descartáveis; etc.
13.5 Aplicações na Medicina No diagnóstico das doenças, como tumores cerebrais (Hg197), câncer (Co60 e Cs137), etc. 13.6 Datação de fósseis Radioisótopos têm sido usados para estabelecer mecanismos de reações nos organismos vivos, como o C14. 14.0 Tempo Meia vida (P) É o período de tempo necessário para que a metade dos átomos presentes num elemento se desintegre. O tempo de meia vida é uma característica de cada isótopo radioativo e não depende da quantidade inicial do isótopo nem de fatores como pressão e temperatura. Curva de decaimento radioativo: