Átomo nosso de cada dia: os átomos de núcleos estáveis e os de núcleos instáveis Profa. Kátia Aquino
Resumo da evolução do modelo atômico (fonte:www.cjtmidia.com/quimicavançada/ano1/10.html) 2
Modelo padrão / c 2 / c 2 / c 2 / c 2 / c 2 / c 2 / c 2 / c 2 / c 2 / c 2 / c 2 / c 2 Fonte: www.professorcarlos.com/2008/09/partculas-ele.. 3
Brasileiros e as partículas Alberto Santoro da Universidade Estadual do Rio de Janeiro. Em 1995 ajudou na descoberta do quark top (FERMILAB-Chicago). Cesar Lattes foi responsável pela comprovação do méson pi (ud). Foi ele o brasileiro que chegou mais perto do Nobel. Lattes faleceu em 2005 e o nome da plataforma Lattes do CNPq é em sua homenagem. Fonte:http://ciencianamidia.wordpress.com/2009/11/13/funcionario-do-mes-cesar-lattes/ http://www.faperj.br/boletim_interna.phtml?obj_id=5618 4
As antipartículas Possuem a mesma massa da partícula, mas com a carga com mesmo valor em módulo e sinal oposto. Partícula/carga Antipartícula/carga quark up (u) + 2/3e antiquark up -2/3e (u) quark down (d) -1/3e antiquark down +1/3e (d) elétron (e - ) -1 pósitron (e + ) +1 5
Informação importante Lembre-se uma sub partícula como o quark não é encontrado livre, logo sua massa é obtida indiretamente e com a unidade em eletron-volt/(velocidade da luz) 2 (ev/c 2 ). Com a relação E=mc 2, pode-se calcular a massa associada a energia de uma partícula ou sub partícula. Um elétron-volt (ev), por definição, é a quantidade de energia cinética ganha por um único elétron quando acelerado por uma diferença de um volt e no vácuo. Partículas em geral possuem sua energia calculada em ev. 1 ev= 1,6 x 10-19 J 6
Lembre-se Férmios possuem spin fracionário Ex: os quarks, os léptons e bárions. Bárions são constituídos por uma tríade de quarks ou de antiquarks. Ex: prótons (uud) e seu spin é ½ + ½ + ½ = 3/2 Bósons possuem spin inteiros Ex: fóton, glúons e mésons. Mésons são constituídos por um quark e um antiquark. Ex: méson pi (ud) e seu spin é ½ + ½ = 1 Bárions e Mésons são Hádrons Hádrons significa quarks confinados 7
Lista de Hádrons Bárions Mésons Fonte:http://cr4.globalspec.com/blogentry/2566/Subatomic-Particles-An-Overview 8
E os bósons? e - W - glúon Neutrino do elétron Em altas energias, as interações eletromagnética e nuclear fraca se unificam formando uma única interação (eletrofraca). Contudo a baixas energias (onde se enquadra as situações do dia-a-dia), ocorre o que se chama quebra espontânea de simetria. Isso faz com que existam não mais uma única interação e sim duas muito distintas: a interação eletromagnética e a interação nuclear fraca. Dois bósons mediam a interação fraca (Z e W) (ou interações fracas responsáveis pela radioatividade) enquanto a outra, o fóton (γ), media a interação eletromagnética. O fóton é responsável por fazer os elétrons orbitarem o núcleo atômico e pelas ligações intermoleculares (coesão dos corpos). Isso porque essa é a interação que faz com que corpos ou partículas eletricamente carregados se repulsem ou atraiam. Fontes: http://eternaaprendiz.wordpress.com/2008/11/ (figura) e http://ciencia-vela.blogspot.com/2008/09/lhc.html 9
Aniquilação de partícula e anti partícula à serviço da sociedade Tomografia por Emissão de Pósitron PET (Positron Eletronic Tomography) Tomografia PET de sujeito portador da hiperatividade (direita) Cada fóton sai com uma energia de 0,511 MeV http://physicsact.wordpress.com/2007/12/16/emissao-de-neutrinos/ http://www.polbr.med.br/embarque.php 10
Grande Colisor de Hádrons Large Hadron Collider (LHC) Possui 27 km de perímetro e está localizado entre a França e a Suiça Colisor de prótons Fonte: www.vbshunter.multiply.com/journal/item/12/12 11
detectores Estrutura do LHC CMS Bósons de Higgs LHCb Desintegração de matéria para entender a assimetria de partículas no universo CMS=Compact Muon Senoid ATLAS Analisa os choques entre partículas junto com CMS 12 ALICE Analisa resultados e existencia do plasma de quarks e gluons
Modelos nucleares A B C D E A-modelo pacotes compactos B-modelo de camadas Componentes se movem independentemente Camadas dos números mágicos: 2, 8, 20, 28, 50, 82 e 126 D-modelo de bósons interativos (unifica B e E) E- modelo gota (não explica energia de estados excitados) C-modelo de camadas fechadas (com nucleon de valência) Fonte: http://physicsact.wordpress.com/2007/11/11/supersimetria/ 13
Do núcleo estável ao núcleo instável 14
Fonte: www.ufsm.br/gef/nuclear09.htm 15
Como um núcleo se estabiliza? Decaimento alfa 6,203 MeV 0,040 MeV 0 Tl 208 83 Bi212 Gama com 0,040 MeV Partícula com formada por 2 prótons e 2 nêutrons, ou seja, o núcleo do hélio. Possui carga +2 e sai do núcleo com aproximadamente 5% da velocidade da luz. Por causa do alto valor da energia de ligação da partícula alfa que é de 28,3 MeV, a emissão espontânea de uma partícula alfa é possível para o estado fundamental dos núcleos com massa atômica maior que 150. Alfa com 6,163 MeV Alfa com 6,203 MeV 1 Lei de Soddy 83 Bi212 81 Tl208 + 2 α 4 + γ 16 Nem todo decaimento alfa forma gama CUIDADO!
Decaimento beta: Um mecanismo proposto A partícula beta é na realidade um elétron produzido no núcleo a partir da transformação de um nêutron instável em próton. A transformação é mediada pelo bóson W -. n * p + e - + ν (núcleos com excesso de nêutrons) Fonte:www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br/imag e) 2 lei de Soddy 9 F20 10 Ne20 + -1 e 0 + ν + γ Nem todo decaimento beta gera gama A partícula beta tem energia menor do que a partícula alfa, contudo sua velocidade é aproximadamente 95% da velocidade da luz. Com esta velocidade, sua energia deve ter tratamento relativista (E r ). E r =(mc 2 y)-mc 2 onde: 17
Decaimento pósitron e captura eletrônica Núcleos com excesso de prótons decaem pela emissão de pósitrons ou captura eletrônica (ou ambas) 4,1 MeV 8 O14 2,30 MeV Emissão de pósitron p * n + e + + ν Ex: 23 V 48 22 Ti48 + e + + ν Captura eletrônica 0 7 N14 Pósitron com 4,1 MeV Pósitron com 1,84 Mev Gama com 2,30 MeV p + e - Elétron da camada K ν 8 O14 7 Ni14 + e + + ν + γ Ex: 23 V 48 + e - 18 22 Ti48 + ν
Decaimento gama de radioisótopos meta instáveis 142 kev 43 Tc99m 294 kev 43 Tc99 140 kev Beta de 294 kev 0 43 Tc99 0 44 Ru99 estável Gama de 2 kev Gama de 140 kev O tecnécio meta instável, Tc 99m, é utilizado na medicina nuclear como contraste para diagnóstico de tumores. 19
Série Radioativa Fonte: www.cienciaxreligiao.blogspot.com/2007/07/bomba.html No nosso dia-a-dia somos irradiados pelas partículas alfa do urânio pela ingestão de água e de alimentos. Sendo este elemento responsável pela maior parte da radioatividade natural. O Brasil é o 6 país com maior quantidade de urânio natural do mundo e apenas 30% do seu território foi explorado. A grande maioria do urânio do Brasil encontra-se no nordeste, sendo o Ceará o estado que possui maior quantidade de urânio natural. Em Pernambuco tem-se muito Urânio natural na região do Cabo de Santo Agostinho. Depois do urânio vem o potássio de massa 40, responsável por 15% da exposição dos seres vivos à radiação natural. 20
Urânio nosso de cada dia Alimentos Concentração de Urânio Água potável (Adulto) 4 mg.l -1 Água potável (Criança) 0,4 mg.l -1 Leite (0,7 L diários) 0,6 mg.l -1 Carne (200 g diárias) 0,2 mg.g -1
Via de exposição do indivíduo
A radioatividade artificial: Obra do homem Distribuição de Cs-137 em peixes
O que as pesquisas mostram sobre o Cs- 137 em alimentos? CNEN:600 Bq/Kg 1,1 Bq/Kg 0,04 Bq/Kg 200 Bq/Kg 1,0 Bq/Kg 0,07 Bq/Kg 0,29 Bq/Kg 3,0 Bq/Kg 2,8 Bq/Kg
Interação das radiações com a matéria Partículas carregadas: Excitação e ionização Ex: alfa + 2 e - (orbitais) hélio Representação de spurs http://revistafisica.blogspot.com.br/2010/02/maior-temperatura-atingida-em.html 25
Radiação gama: indiretamente ionizante Efeito fotoelétrico ( número atômico alto) Efeito Compton (baixo número atômico) Produção de pares (energia superior 1,02 Mev) http://www.ideariumperpetuo.com/part elementares.htm
Cinética das radiações Atividade A = λn onde: λ = constante radioativa N= n de átomos presentes na amostra N = N 0 e -λt equação da curva N(t) x t Equação de primeira ordem Tempo de meia-vida T 1/2 = 0,693 /λ Vida média (vm): tempo necessário para um radioisótopo decair. T 1/2 = 0,7 vm 27
Fissão Nuclear Reações nucleares http://www.curso-objetivo.br/vestibular/roteiro_estudos/elementos_transur%c3%a2nicos.aspx Modelo Nuclear Gota líquida http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/fissao-e-fusao-nuclear/opcao-da-fusao-controlada-para-o-seculo-xxi.php 28
Fusão Nuclear Reação que ocorre nas estrelas. Poucos centímetros cúbicos de deutério geram uma energia equivalente a 20 toneladas de carvão. Fonte: http://physicsact.wordpress.com/2007/11/13/256/ 29
Uma reação nuclear que é importante para nós No geral: partícula incidente núcleo bombardeado núcleo composto núcleo formado partícula ejetada fonte:www.br.geocities.com/saladefisica5/leituras/carbono.html 30
Bons estudos! 31