Prof. Italo Mammini Filho
Capacidade de emitir radiação (raios); estudo dos
processos em que ocorrem alterações do núcleo
dos átomos, também chamados reações nucleares.
EM PROCESSOS QUÍMICOS (REAÇÕES, FORMAÇÃO DE LIGAÇÕES) NÃO
HÁ ALTERAÇÃO DO NÚMERO DE PRÓTONS OU DE NÊUTRONS, APENAS
NO DE ELÉTRONS, ISTO É, PROCESSOS NUCLEARES SÃO FENÔMENOS
FÍSICOS.
Em 1895, Wilhelm Roentgen (Prêmio Nobel de Física
de 1901), investigando descargas elétricas em gases
rarefeitos (ampola de Crookes)...
... descobre “raios misteriosos”...
... posteriormente
chamados de raios – X.
Antoine Henri Becquerel, seguindo uma
hipótese levantada por Henri Poincaré,
procura relacionar a emissão de raios-X
com os fenômenos da fluorescência e
da fosforescência.
Substâncias FLUORESECENTES
emitem luz após receberem impacto
de elétrons acelerados ou quando
expostas à radiação. Cessada a
excitação, se continuam emitindo luz
são chamadas FOSFORESCENTES.
Estudando minérios conhecidos por apresentarem fosforescência após algum
tempo expostos ao sol, Becquerel deixou sais de Urânio próximos de uma chapa
fotográfica. Observou que os sais emitiam radiação mesmo antes da exposição,
isto é, as emissões eram independentes da excitação causada pela luz solar.
Os raios emitidos pelos sais de Urânio, como os
raios-X, atravessavam chapas de vidro ou
metálicas e sensibilizavam chapas fotográficas.
Ficaram conhecidos como “raios de Becquerel”.
A unidade (SI) para atividade de um material
radioativo, o qual produz uma desintegração por
segundo, é conhecida por Becquerel (Bq = s-1)
Como parte de sua tese de doutorado,
Marie Curie mostra que outro elemento
químico, o Tório, emite o mesmo tipo de
radiação que o Urânio e que a radiação
depende apenas das quantidades dos
elementos nas amostras dos minérios.
Marie e Pierre Curie
A sugestão de que a radioatividade estaria ligada ao
próprio átomo e não ao arranjo molecular do minério
foi uma descoberta revolucionária.
Becquerel e o casal Curie dividem o
prêmio Nobel de Física de 1903.
Analisando a “pechblenda”, um minério que continha
Urânio, Marie Curie descobre (nas impurezas) novos
elementos radioativos: Polônio e Rádio, muitas vezes
mais radioativos que o próprio Urânio.
Em 1911, Marie Curie ganha o Nobel de
Química pela descoberta e caracterização
dos elementos Rádio e Polônio.
CAUSAS
No modelo atômico proposto por Rutherford,
em 1911, o núcleo é formado por prótons...
Como os prótons poderiam
coexistir sem se repelirem?
James Chadwick obtém evidência da
existência dos nêutrons somente em 1932.
Nobel de Física
de 1935
Para haver estabilidade em um núcleo, a
relação N / Z deverá ser maior do que 1.
Mesmo assim, muitos prótons acumulam uma força
repulsiva muito grande (isso ocorre para Z > 82).
Então, para que esses núcleos se estabilizem,
é necessário que “se livrem” de algumas
partículas, daí as emissões.
TODA EMISSÃO RADIOATIVA SE DÁ NO
SENTIDO DE AUMENTAR A ESTABILIDADE DO
NÚCLEO.
Diagrama
mostrando a
relação N / Z
para núcleos
estáveis e
radioativos.
NATUREZA DAS EMISSÕES
Nêutron : 0n1
Pósitron : +1β0
Neutrino : 0ν0
Nome
Velocidade de
propagação
Poder de
penetração
É bloqueada
por:
Alfa (+2α4)
0,1 c
Baixo (até 0,05
cm da pele).
Folha de papel.
Beta (-1β0)
0,9 c
Médio até (1,5
cm da pele).
Roupa grossa.
Gama (0γ0)
c
Alto (atravessa o
corpo).
Lâmina grossa de
chumbo.
LEIS DE DECAIMENTO
Emissão alfa:
238
92U
→
4
+2α
+
234
90Th
Emissão beta:
1
0n
Captura de elétron:
40
19K
+
0
-1e
→
127
53I
→
0
-1β
+
→ 1p1 +
0
-1β
+ 0ν0
40
18Ar
da camada K
OBSERVE A CONSERVAÇÃO DA
MASSA E DA CARGA NAS EQUAÇÕES
!
127
54Xe
Independente da velocidade com que ocorrem,
os processos de decaimento são espontâneos.
Até Z = 20 : relação (N / Z) = 1 → MAIS ESTÁVEIS.
Núcleo com excesso de nêutrons →
0
-1β
Núcleo com déficit de nêutrons → CE ou
emissor.
0
+1β
emissor.
Se Z é par e N é par → MAIS ESTÁVEIS.
Se o total (Z + N) é muito grande →
+2α
4
emissor.
Os tempos indicados
referem-se às
respectivas meias-vidas
dos radioisótopos.
A frequência com que uma amostra contendo núcleos
radioativos emite partículas independe do estado físico
ou químico dessa amostra, já que a desintegração
radioativa é uma propriedade do núcleo.
Essa frequência depende apenas
da espécie e do número de
núcleos presentes na amostra.
1 g de 238U emite 12300 partículas alfa por segundo, já
1 g de 226Ra emite 3,7 × 1010 partículas alfa por segundo.
Uma vez que a taxa de emissão é proporcional ao número de
núcleos ainda não desintegrados, ela está continuamente
sendo reduzida pela própria desintegração em si mesma.
Para uma amostra contendo, inicialmente, um
certo número de núcleos, teremos, após um certo
período de tempo, a redução à metade de seu
número original.
Esse período de tempo é chamado de
MEIA-VIDA do radioisótopo considerado.
Os processos radioativos seguem uma lei de desintegração
exponencial. Se o número de núcleos radioativos inicial é N0
e, após um tempo “t” ele passa a ser N, podemos escrever:
N = N0 × e-λt
em que λ é a constante de decaimento,
característica do núcleo em questão.
Se chamarmos o período de meia-vida por “P” e
substituirmos na expressão anterior, teríamos:
½ N0 = N0 × e-λP
Então:
ou:
P = 0,6931 / λ
λP = ln 2 = 0,6931