Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Exatas e da Natureza
Departamento de Química
Prof. Dr. Ary da Silva Maia
QUÍMICA NUCLEAR
QUÍMICA NUCLEAR:
 A Descoberta do Núcleo Atômico:
Modelo de Rutherford (1911)
Modelo de Thomson: previa deflexão
pequena das partículas a
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QUÍMICA NUCLEAR:
 A Descoberta do Núcleo Atômico:
Modelo de Rutherford (1911)
Rutherford propôs um modelo no qual toda a carga positiva dos
átomos, que comportaria praticamente toda a sua massa, estaria
concentrada numa pequena região do seu centro, chamada de
núcleo.
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QUÍMICA NUCLEAR:
 As Forças do Universo:
O universo que conhecemos existe porque as partículas
fundamentais interagem. Essas interações incluem forças
atrativas e repulsivas, decaimento e aniquilação.
Existem quatro interações
fundamentais
entre
as
partículas, e todas as forças no
mundo podem ser atribuídas a
essas quatro interações !
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QUÍMICA NUCLEAR:
 As Forças do Universo:
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QUÍMICA NUCLEAR:
Algumas propriedades dos núcleos:
Número Atômico (Z) –
número de prótons do núcleo.
Número de Nêutrons (N) – número de nêutrons do núcleo.
Número de Massa (A) –
soma do número de prótons e
nêutrons:
Símbolo:
A
Z
X
14
6
A=Z+N
C
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QUÍMICA NUCLEAR:
• Todo núcleo com A > 4 é também chamado de núcleo complexo.
• Os núcleos complexos com Z  92 são encontrados na natureza.
• Os núcleos complexos com Z > 92 (elementos transurânicos) só
existem se produzidos artificialmente em laboratório.
• O último elemento transurânico, de existência confirmada, é o de
Z = 111 (Rg – Roentgenium), embora atualmente já se tenha
conhecimento de experiências que estendem o número de
transurânicos até Z = 118.
• É bastante útil, no estudo dos núcleos, classificá-los em:
Par–par (Z par e N par), par–ímpar, ímpar–par e ímpar–ímpar.
• Da mesma forma é útil falar da região de núcleos leves (A < 20),
núcleos médios (20 < A < 70) e núcleos pesados ( A > 70).
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QUÍMICA NUCLEAR:
Efeito par - ímpar
Nenhum elemento com Z ímpar possui mais do que
dois isótopos estáveis.
Elementos com Z par possuem até 10.
Categorias de Núcleos:
Z – par , N – par – 144
Z – impar, N – ímpar – 4
Z - par , N ímpar – 55
Z - ímpar , N par – 50
Explicação: formação de pares de prótons e de
nêutrons conduz à estabilidade.
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QUÍMICA NUCLEAR:
 Nuclídeo: espécie de átomo caracterizado pela constituição do
seu núcleo, em particular por seu número de prótons e de
nêutrons.
- estáveis
- instáveis – radioativos (radionuclídeos)
 Isótopos: mesmo Z (número atômico).
 Isóbaros: mesmo A (número de massa).
 Isótonos: mesmo N (número de nêutrons).
 Isómeros: mesmo Z e A (diferem no estado energético do
núcleo).
 Isodiáferos: mesmo excesso de nêutrons sobre prótons (N – Z
= constante). Ex. 14Si30, 15P32, 16S34, 17Cl36, 18Ar38.
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QUÍMICA NUCLEAR:
Tabela de Nuclídeos:
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QUÍMICA NUCLEAR:
Tabela de Nuclídeos:
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QUÍMICA NUCLEAR:
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QUÍMICA NUCLEAR:
Tabela de Nuclídeos e as Emissões Radioativas:
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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
Fissão nuclear é a fragmentação de um núcleo
em partes menores
Há liberação de grande quantidade de energia. A fissão é o processo
que ocorre de maneira incontrolável nas bombas atômicas. Nas
usinas nucleares, a fissão é realizada de forma controlada com
aproveitamento de energia.
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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
Fusão nuclear é o processo que ocorre quando
núcleos menores se unem formando outros
maiores.
Há liberação de enorme quantidade de energia, mas necessita de
temperatura elevadíssima para se iniciar. Este é o processo que
ocorre nas estrelas.
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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
Decaimento radioativo (radioatividade) é o
processo natural de eliminação de partículas para
se alcançar um núcleo mais estável.
radioativos
estáveis
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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
Decaimento radioativo (radioatividade) é o
processo natural de eliminação de partículas para
se alcançar um núcleo mais estável.
Os
núcleos
radioativos
desintegram-se
espontaneamente pelos decaimentos alfa e
beta.
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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
O decaimento alfa :
No decaimento alfa o núcleo X, emite uma
partícula alfa (núcleo de 4He, dois prótons e
dois nêutrons) transformando-se no núcleo Y :
A
Z
X
A 4
Z 2
Y  He
4
2
Q = 4,25 MeV.
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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
O decaimento beta :
O decaimento beta ocorre em núcleos que têm
excesso, ou falta, de nêutrons para adquirir
estabilidade.
No decaimento beta menos um
dos nêutrons no interior do núcleo
emite um elétron e um antineutrino, transformando-se em
um próton:
No decaimento beta mais um dos
prótons no interior do núcleo
emite um pósitron (anti-elétron) e
um neutrino, transformando-se
em um nêutron:
n  p  e 
p  n  e 


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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
Famílias ou Séries Radioativas:
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Reações Nucleares:
Cinética do Decaimento Radioativo:
A taxa na qual ocorre um processo de decaimento em
uma amostra radioativa é proporcional ao número de
nuclídeos radioativos presentes na amostra:
dN
  N
dt
Onde  é chamada de constante de decaimento
radioativo.
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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
Cinética do Decaimento Radioativo:
Integrando de t = 0 (quando temos N0 núcleos radioativos
não desintegrados) a t (quando nos restam N núcleos):

N
N0
Logo,
t
dN
  dt
0
N

N  N0 e
 t
 N 
  t
ln
 N0 
ou
ainda,
R  R0 e
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 t
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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
Cinética do Decaimento Radioativo:
Freqüentemente chama-se de atividade a taxa
de decaimento total de uma amostra.
A unidade para a atividade (no SI) é o
becquerel:
1 becquerel = 1 Bq = 1 decaimento por segundo
Eventualmente
definido por:
utiliza-se
também
o
curie,
1 curie = 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
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QUÍMICA NUCLEAR:
Reações Nucleares:
Meia Vida:
Tempo necessário para que N e R caiam a
metade do valor inicial:
1
  T1 2
R(T1 / 2 )  R0  R0 e
2
Tomando o ln temos:
T1 2  ln 2 
ou
T1 2  0,693 
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Reações Nucleares:
Vida Média:
Definida como a soma das idades de todos os
átomos, dividida pelo número total de átomos:
t
0
N0 tdN
0
N0 dN
t
1
N0 / e
t
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QUÍMICA NUCLEAR:
Datação radioativa:
O decaimento do 14C é utilizado para datar amostras
orgânicas uma vez que a razão entre o 14C e o 12C na
nossa atmosfera é de 1,3 x 10-12.
(O
14C
é produzido pelo choque de raios cósmicos com o nitrogênio
do ar na alta atmosfera.)
Todos os organismos vivos apresentam esta mesma razão
em sua constituição, graças à respiração ou fotossíntese,
porém, quando morrem esta troca com o ambiente cessa;
o 14C do organismo sofre o decaimento beta, com uma
meia-vida de 5730 anos.
Assim, pode-se determinar a idade do material orgânico
medindo a razão entre os isótopos de carbono.
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