PROCESSOS NUCLEARES
Corresponde a atividade que certos materiais possuem de emitir radiações eletromagnéticas
e partículas de seus núcleos instáveis a fim de adquirir estabilidade.
A estabilidade nuclear depende da relação entre o número de
nêutrons e o número de prótons.
Estabilidade Nuclear
Razão 1,5 : 1 200
80 Hg
Cinturão de estabilidade (CE):
 Relação nêutrons / prótons 1:1
faixa de estabilidade
 Isótopos acima do C.E. Possuem nº. de nêutrons
maior que o número de prótons. Para cair dentro do
C.E. eles podem: emitir 1 partícula beta ( 1  ) ou
0
Razão 1,4 : 1 120
50 Sn
um nêutron ( 0  )
1
90Zr
Razão 1,25 : 1 40
 Isótopos abaixo do C.E tem nº de nêutrons menor
que o nº de prótons. Para cair dentro do C.E eles
podem: emitir um pósitron (   ), emitir uma
partícula alfa ou capturar um elétron da camada K.
Razão
nêutrons/prótons  1 : 1
Principais Partículas e radiações
Curiosidade – O número de Avogadro
O número de Avogadro pode ser obtido a partir do número de
partículas alfa ( 2  ) emitidas por certa quantidade de rádio
4
em um determinado intervalo de tempo e do volume de hélio
formado, no mesmo intervalo de tempo.
11
Um grama de rádio emite em 1 segundo 1,35 x 10
alfa (mais outros produtos de desintegração).
partículas
Veja os cálculos a seguir.
Cálculo da emissão de partículas alfa (em um ano)
11
1,35.10
 60(s)  60(min)  24(h)  365(d)
18
Total = 4,2.10
partículas
3
Nesse mesmo tempo, forma-se 0,1562 cm de gás hélio , medido nas CNTP.
3
1mol de gás hélio (4g) nas CNTP ocupa um volume 22.400 cm (22,4L)
Logo:
11
4,2x10
3
part. Alfa
N
0,1562 cm
3
22.400 cm
4,2  1011
N
x
=
0,1562
22.400
 6,023  10 23 Partícula Alfa ( )
37
PROCESSOS NUCLEARES
Leis de SODDY
1ª lei
Quando um átomo emite uma partícula alfa (  ), o elemento formado pelo decaimento terá quatro
unidades a menos de massa e duas unidades a menos no nº atômico.
A
4
Z X → 2

A 4
Z 2 Y
+
2ª lei
Quando um átomo emite uma partícula beta (  ), o elemento formado pelo decaimento será isóbaro do
emissor e seu nº atômico acrescido de uma unidade.
A
0
Z X → 1

A
Z 1 Y
+
Hipótese de Fermi
neutrino
1
0

→
1
1

+
0
1
Fica no núcleo
1
1

→
1
0

+
Fica no núcleo

+
0
0

+
0
0

São eliminados do núcleo
0
1

+
0
0

+
0
0

São eliminados do núcleo
O méson
Para explicar a interconversão de nêutrons e prótons o físico Hideky Yukuwa, propôs a existência de
uma nova partícula, o méson. Segundo ele, prótons e nêutrons seriam uma mesma partícula em estados
quânticos diferentes e o méson seria o responsável pela conversão do nêutron em próton e vice-versa.
Nêutron = próton + méson negativo
Próton = nêutron + méson positivo
Séries (Famílias) Radioativas
Conjunto de átomos que estão relacionados por sucessivas desintegrações, apresentadas na tabela ao
lado.
38
Série
Tório
Elemento Inicial
Elemento Final
232
90
208
82
Pb
Expressão
A=4n
Netúnio
237
93
Np
209
83
Bi
A=4n + 1
Urânio
232
92
U
206
82
Pb
A=4n + 2
Actínio
235
92
207
82
Pb
A=4n + 3
Th
QUÍMICA
U
Onde: A = número de massa
n = número inteiro
PROCESSOS NUCLEARES
Cinética Radioativa
Velocidade de desintegração / Constante radioativa
V  K n
A velocidade de desintegração é proporcional à quantidade
de núcleos radioativos presentes na amostra
onde : K  constante radioativa,
ou constante de desintegra ção.
V
Ou
n  número de particulas
 n
 n
 K n 

t
t
resulta  K 
 n
ou ainda,  K 
t  n
 n
t
n
Podemos, então, dizer que a constante radioativa indica a fração de átomos que se desintegra por unidade de
tempo.
Vida média (Vm)
Corresponde estatisticamente ao tempo de vida média para cada átomo radioativo de uma
amostra.
1
Vm 
K
Período de Semidesintegração ou tempo de meia vida (t 1 )
2
Corresponde ao tempo necessário para que a quantidade de partículas de uma amostra radioativa se reduza
à metade.
T
Ai 

Ai
2
T


Ai
4
T


Ai
8
T
T


... 

Ai
2n
 Af
Da definição de meia-vida podemos extrair a relação:
Ai
 2n
Af
Onde:
Ai= Atividade inicial.
Af= Atividade final.
n= número de períodos de meia vida.
T
t1
Pode-se concluir
Ai
22
Af
, mas ainda,
n
T
t1
2
t1 
2
Onde:
n= número de períodos de meia vida.
T = Tempo total
t1/2 = Tempo de meia vida.
ln 2
k
Fissão Nuclear
Fusão Nuclear
É a “quebra” de um núcleo atômico pesado em
dois outros mais leves. Pode acontecer
espontaneamente ou por bombardeamento com
nêutron lento ou térmico.
É a reação que resulta da união de
núcleos leves produzindo um núcleo mais
pesado.
+
→
┼
2
1
6
H + 13 H → 23 H + 01 + 14,6x10 eV
Reação da bomba de Hidrogênio
39
PROCESSOS NUCLEARES
Série de Exercícios
24
11
Na se dá por emissão de partículas beta negativas, produzindo o isótopo estável
24
24
24
12 Mg . A meia vida do 11 Na é de 15,0 horas. Partindo-se de 200mg de 11 Na , quanto tempo deverá decorrer
1) O decaimento do núcleo
para que a relação entre as massas dos isótopos de sódio e magnésio seja de 1:3?
a) 15h
b) 30h
c) 45h
d) 60
e) 75h
2) Na medicina nuclear são usados isótopos radioativos de meia-vida curta como Tc
99
(t1
 6h ) que serve
2
como traçador em exames de fígado e coração, por sua capacidade de se fixar em tecidos afetados por
distúrbios. Sobre esse nuclídeo, analise os itens a seguir:
3)
0
1
0
1
2
2
3
4
3
4
99
Após 24h, o Tc perde 93,75% de sua atividade radioativa.
Para se administrar uma dose de 1mg a ser preparada 18h antes de ser ministrada, deve-se
produzir 8mg de amostra do referido radioisótopo.
99
A meia-vida do Tc é menor na forma de fluoreto que na forma isolada por causa da reatividade
do flúor.
99
235
Tc e o U pertencem à mesma série radioativa.
99
A radioatividade do Tc se deve a elevada densidade eletrônica em sua camada de valência.
(UPE) “Bomba de Cobalto” é um aparelho muito usado na radioaterapia para tratamento de pacientes,
60
especialmente portadores de câncer. O material radioatividade usado nesse aparelho é o Co, com um
período de meia-vida de aproximadamente 5 anos. Admita que a bomba de cobalto tenha sido danificada e o
material radioativo exposto à população. Após 25 anos a atividade desse elemento se faz sentir num
percentual, em relação à massa inicial, de:
a) 3,125%
b) 6%
c) 0,31%
d) 60%
e) 31,25%
4) Um pedaço de carvão de 1,4kg tem, em sua constituição, 2% de isótopo 14 de carbono. Sabendo-se que a
meia-vida do carbono 14 é de 5.580 anos, o número de átomos de carbono 14, após 11.160 anos será:
23
a) 3,01.10
23
b) 6,02.10
23
c) 12,04.10
22
d) 6,02.10
20
e) 3,01.10
5) O polônio-21 é um emissor alfa com um tempo de meia-vida de 138 dias. Supondo que se coloquem, em um
recipiente fechado, 219 desse isótopo, ficando retidas, no recipiente, as partículas alfa que capturarão
elétrons, transformando-se em hélio, teremos, ao fim de 276 dias, uma massa de hélio igual a:
a) 0,10g
b) 0,20g
c) 0,35g
d) 0,30g
e) 0,40g
6) (UPE) Um elemento radioativo hipotético, tem uma constante radioativa igual a 0,01 h-1. Após 560 horas,
1280g desse elemento será reduzida aproximadamente a:
a) 128,0g
b) 5,0g
40
QUÍMICA
PROCESSOS NUCLEARES
c) 640,0g
d) 508,0g
e) 160,0g
7) (UPE) Entre as alternativas abaixo, relacionadas à Radioatividade, todas estão corretas, exceto:
a) o poder de ionização da partícula alfa é maior que o da partícula beta.
b) quando um núcleo radioativo emite uma partícula beta; seu número de massa aumenta de uma unidade e
o seu número atômico não se altera.
c) a radioatividade é a propriedade que os núcleos atômicos instáveis possuem de emitirem partículas e
radiações eletromagnéticas para se transformarem em outros núcleos mais estáveis.
d) a velocidade de desintegração radioativa é proporcional ao número de átomos radioativos presentes na
amostra.
e) a constante radioativa explícita a fração de átomos de um determinado radioelemento que se desintegram
na unidade de tempo.
8) (UPE) Julgue os itens:
I
II
as emissões gama são fortemente atraídas em direção à placa carregada positivamente.
0 0
a constante radioativa indica a fração de átomos que se desintegram na unidade de tempo.
1 1
quanto maior a constante radioativa de um dado isótopo, menos radioativo ele será.
2 2
216
226
o astato ( At)pertence a série do tório e o rádio ( Ra)pertence a série do urânio.
3 3
234
o protactínio ( Pa)é um isótopo que pertence a família do urânio.
4 4
9) (UNICAP) O isótopo de 90Th sofre desintegração, transformando-se em 82Pb com emissão de partículas alta e
beta. Na transformação radioativa ocorre a perda de 20 nêutrons. Qual a soma dos números de partículas
alta e beta emitidas no processo?
10) (ENEM) O funcionamento de uma usina nucleoelétrica típica baseia-se na liberação de energia resultante da
divisão do núcleo de urânio em núcleos de menor massa, processo conhecido como fissão nuclear. Nesse
processo, utiliza-se uma mistura de diferentes átomos de urânio, de forma a proporcionar uma concentração
de apenas 4% de material físsil. Em bombas atômicas, são utilizadas concentrações acima de 20% de urânio
físsil, cuja obtenção é trabalhosa, pois, na natureza, predomina o urânio não físsil. Em grande parte do
armamento nuclear hoje existente, utiliza-se, então, como alternativa, o plutônio, material físsil produzido por
reações nucleares no interior do reator das usinas nucleoelétricas. Considerando-se essas informações, é
correto afirmar que:
A) a disponibilidade do urânio na natureza está ameaçada devido à sua utilização em armas nucleares.
B) a proibição de se instalarem novas usinas nucleoelétricas não causará impacto na oferta mundial de
energia.
C) a existência de usinas nucleoelétricas possibilita que um de seus subprodutos seja utilizado como material
bélico.
D) a obtenção de grandes concentrações de urânio físsil é viabilizada em usinas nucleoelétricas.
E) a baixa concentração de urânio físsil em usinas nucleoelétricas impossibilita o desenvolvimento
energético.
235
11) O
U é o responsável pela energia produzida por reatores comerciais, através do processo de fissão
238
nuclear. O
U, que constitui a maior parte do combustível nuclear, não sofre processo de fissão nessas
condições. No entanto, ao ser atingido por nêutrons produzidos no funcionamento normal do reator, dá
239
origem ao isótopo U, que emite, sucessivamente, duas partículas β, gerando um produto radioativo, com
meia-vida extremamente longa e que pode ser utilizado para fins militares. Sobre o produto gerado pelo
239
decaimento radioativo do U, pela emissão sucessiva de duas partículas β, é correto afirmar que se trata de:
a) 239
b) 239
93 Np
94 Pu
c)
234
90Th
d)
236
U
e) mistura de
237
Ue
238
U.
12) A bomba atômica detonada em Hiroshima liberou uma grande quantidade de energia, sob a forma de luz,
raios ultravioleta, raios X, ondas de choque e calor. Os raios X e ultravioleta, apesar de serem bastante
perigosos porque são penetrantes, não têm origem nuclear. Para diminuir a intensidade de raios X numa
41
PROCESSOS NUCLEARES
certa região pode-se interceptar parcialmente a radiação, utilizando placas de chumbo. Se a radiação tiver
energia de 1,0 MeV, cada 0,86 cm de espessura de chumbo reduzem a intensidade de radiação à metade.
Esse dado permite deduzir que, para reduzir a intensidade de raios X a 12,5%, ou seja, reduzi-la a 1/8 da
intensidade inicial, deve-se interceptar a radiação com uma placa de chumbo de espessura, em cm, igual a
a) 1,72
b) 2,58
c) 3,44
d) 4,30
e) 5,16
13) Em um material radioativo emissor de partículas α, foi observado que, após 36 horas, a intensidade da
emissão α estava reduzida a 50% do valor inicial, e a temperatura do material havia passado de 20 para 35
graus centígrados. Sabendo-se que o elemento emissor possui número de massa par, podemos afirmar que:
a) o tempo de meia-vida do elemento radioativo é de 36/2, ou seja, 18 horas.
b) o tempo de meia-vida é indeterminado, uma vez que a temperatura variou durante a medição.
c) o elemento emissor deve possuir número atômico par, uma vez que tanto o número de massa quanto o
número atômico das partículas α são pares.
d) o elemento emissor deve possuir número atômico elevado; esta é uma característica dos elementos
emissores de radiação α.
e) a emissão de partícula α, muito provavelmente, deve estar acompanhada de emissão β, uma vez que o
tempo de meia-vida é de somente algumas horas.
14) (FUVEST-SP) O acidente do reator de Chernobyl, em 1986, lançou para a atmosfera grande quantidade de
90
Sr radioativo, cuja meia vida é de 28 anos. Supondo ser esse isótopo a única contaminação radioativa, e
90
sabendo que o local poderá ser considerado seguro quando a quantidade de Sr se reduzir, por
desintegração, a 1 da quantidade inicialmente presente, o local poderá ser habitado novamente a partir do
16
ano de:
a) 2014
b) 2098
c) 2266
d) 2986
e) 3000
226
15) (UPE) A meia-vida do isótopo Raé igual a 2.310 anos. Depois de quanto tempo, a atividade de uma
amostra desse isótopo radioativo se reduz de 75% da atividade radioativa inicial?
a) 2.310 anos
b) 4.620 anos c) 6930 anos
16) Numa série radioativa parte-se do
d) 9.200 anos
e) 231 anos
238
92
U e chega-se ao 206
82 U . Qual o número total de partículas alfa e beta
emitidas?
17) A meia vida de um elemento é igual a 480 horas. O tempo necessário para que 1,0g desse elemento se
reduza a 0,1mg é igual a: (Dado: log2 = 0,3)
a) 1920h
b) 6400h
c) 64,000h
d) 19,20h
e) 40h
18) (UFPE) Existem três séries de decaimento radioativo de ocorrência natural, urânio–238 (4n+2), urânio–235
(4n+3), tório–232 (4n), e uma série de ocorrência atualmente artificial, netúnio–237 (4n+1). Qual ou quais dos
seguintes nuclídeos não integra(m) a série de decaimento, correspondente, especificada à sua direita, na
tabela a seguir? (Todas as quatro séries envolvem somente decaimento α ou β, acompanhado eventualmente
de radiação ).
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 1 e 4
19) Há 100 anos, a cientista polonesa Marie Curie recebeu o prêmio Nobel de Química pela descoberta dos
elementos Rádio (Z = 88) e Polônio (Z = 84). O Rádio 226 emite partículas alfa, beta e gama. Já o isótopo do
Polônio, de massa 210, é um emissor de partículas alfa com um tempo de meia vida de pouco mais de 138
dias. Sobre este assunto, analise as afirmativas abaixo.
42
QUÍMICA
PROCESSOS NUCLEARES
0-0) O Rádio apresenta em seu estado fundamental um elétron na camada de valência e, portanto, é um
elemento que pertence ao grupo dos metais alcalinos terrosos.
1-1) Após a emissão de uma partícula alfa, o núcleo do Polônio 210 se transforma no núcleo do elemento
com número atômico 82 e número de massa 206.
2-2) Pela emissão de uma partícula beta, o núcleo do Rádio 226 transforma-se em um núcleo de número
atômico 89 e número de massa 225.
3-3) Uma amostra contendo 10 g de Polônio 210 conterá cerca de 2,5 g deste elemento após 276 dias.
4-4) O isótopo 226 do Rádio contém 138 nêutrons.
20) A determinação da idade (datação) de material orgânico envolve usualmente o isótopo do carbono, o C-14,
que é formado nas camadas superiores da atmosfera. As plantas, pelo CO 2 presente na atmosfera, e os
animais, pela cadeia alimentar, incorporam o isótopo C-14. Como a velocidade com que o C-14 se forma na
atmosfera é a mesma com que ele se desintegra, a sua concentração na Terra e nos organismos vivos
permanece constante, ou seja, igual a 10 partes por bilhão (ppb). Quando esses organismos morrem, cessa a
absorção do C-14 e, então, sua quantidade gradualmente diminui.
Sendo o tempo de meia-vida do C-14 de 5 600 anos, pode-se estimar a idade dos artefatos (fósseis,
pergaminhos, etc.) em exame, pela determinação da quantidade desse isótopo neles presente.
Assim, se um fóssil apresentar teor de C-14 de 2,5 ppb, é correto afirmar que o fóssil tem, aproximadamente,
a) 9 600 anos.
b) 13 000 anos.
c) 22 400 anos.
d) 8 700 anos.
e) 11 200 anos.
1-B
2-VVFVF
3-A
4-A
5-D
6-B
7-B
8 -FFFVV
9- α=7 β=6
10-C
11-B
12-B
13-D
14-B
15-B
16- α=8 β=6
17-B
18-C
19-FVFVV
20-E
43