Radioatividade - Aulas 25, 26 e 27

1. RADIOATIVIDADE
Conceitos Básicos
AULA 25, 26 e 27 CAD IV – pág 202

2. Radioatividade
• Atividade que certos átomos possuem de emitir radiações
eletromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis com o
propósito de adquirir estabilidade.
• Relação n/p  estabilidade nuclear
– Do 4
2 He ao 40
20Ca a relação n/p = 1. Átomos bastante estáveis.
– O 209
83Bi é o último elemento da tabela periódica que possui isótopo
estável.
• Todos os elementos apresentam isótopos radioativos (naturais
e/ou artificiais), porém um elemento só é considerado radioativo
se o seu isótopo mais abundante for radioativo.
– Atualmente são conhecidos mais de 40 isótopos naturais
radioativos, de número atômico superior a 82.
RADIOATIVIDADE
Conceitos Básicos

3. Início
• Em 1895, Pierre e Marie Curie descobriram um minério de urânio
que, ao ser colocado sobre uma chapa fotográfica produzia uma
impressão semelhante à de fotografia na presença da luz.
• Através de alguns equipamentos de detecção conseguiram medir
tais radiações, descobrindo que o urânio não era o único elemento
que apresentava essa propriedade.
• No final de 1898, após isolar de um minério de pechblenda – óxido
de urânio – um elemento espontaneamente luminoso e dois
milhões de vezes mais radioativo que o urânio, o casal Curie
descobria o rádio, importante elemento de valor terapêutico
comprovado no tratamento de câncer.
RADIOATIVIDADE
Conceitos Básicos

4. Partículas e emissões radiativas
• Em 1899, Becquerel trabalhando com o elemento rádio verificou
que as radiações emitidas por esse elemento podiam ser desviadas
por um campo magnético.
• Um ano depois, independente e quase simultaneamente, o físico
neozelandês Rutherford e Pierre Curie identificaram dois tipos
distintos de radiações emitidas por elementos radioativos.
– Essas radiações (partículas) foram denominadas alfa ) e beta )
• Ainda em 1900, o físico Villard identificou uma espécie de radiação
eletromagnética que também era emitida por esses elementos.
– Denominou essa radiação eletromagnética de radiação gama )
RADIOATIVIDADE
Conceitos Básicos

5. RADIOATIVIDADE
Conceitos Básicos
Emissão Representação Carga Nº de
massa
Velocidade
(km/s)
Poder de
Penetração
 +2 4 20.000 a
30.000
Muito baixo
 -1 0 Até 270.000 Médio
 0 0 300.000 Alto
neutrino 0 0 ~300.000 Alto
Pósitron +1 0 ~300.000 Alto
Partículas e emissões radiativas

6. RADIOATIVIDADE
Conceitos Básicos
Leis da Radioatividade
• Primeira lei de Soddy
- Quando um átomo emite uma partícula alfa ( ) seu número
atômico (Z) diminui 2 unidades e seu número de massa (A)
diminui de 4 unidades.
4
2
α
Z
A
X → 2
4
α + Z−2
A−4
Y

7. RADIOATIVIDADE
Conceitos Básicos
Leis da Radioatividade
• Segunda lei de Soddy
- Quando um átomo emite uma partícula beta ( ) seu número
atômico (Z) aumenta 1 unidade e seu número de massa (A)
permanece constante.
Z
A
Q → −1
0
β + Z+ 1
A
R
−1
0
β

8. RADIOATIVIDADE
Conceitos Básicos
Exemplo:Exemplo:
1) Assinale a alternativa que indica o isótopo do elemento X que
contempla a reação de fissão nuclear:
92 U
235
+ 0 n
1
→ 38 Sr
90
+ X + 3 0 n
1
53
145
I
51
145
Sb
a)
c)
e)
b)
d)
54
143
Xe
53
143
I
54
144
Xe


9. EXERCÍCIOS
Pág. 202

10. EXERCÍCIO 1 - Pág. 202
O isótopo radioativo Sr-90 não existe na natureza, sua formação ocorre
principalmente em virtude da desintegração do Br-90 resultante do processo
de fissão do urânio e do plutônio em reatores nucleares ou em explosões de
bombas atômicas. Observe a série radioativa, a partir do Br-90, até a
formação do Sr-90:
A análise dos dados exibidos nessa série permite concluir que, nesse
processo de desintegração, são emitidas.
a)partículas alfa.
b)partículas alfa e partículas beta.
c)apenas radiações gama.
d)partículas alfa e nêutrons.
e)partículas beta.

11. EXERCÍCIO 2 - Pág. 202
Um elemento radioativo M emite, sucessivamente, 7 partículas alfa (a)
e 4 partículas beta (b), transformando-se no elemento 83
Bi209
.
Pergunta-se
a) Quais são os números atômicos e de massa do elemento M
b) Qual o nome desse elemento (consulte Tab. Periódica)

12. EXERCÍCIO 3 - Pág. 202
Um isótopo radioativo de Urânio-238, de número atômico 92 e número de massa
238,emite uma partícula alfa, transformando-se num átomo X, o qual emite uma
partícula beta, produzindo um átomo Z, que por sua vez emite uma partícula beta,
transformando-se num átomo M. Um estudante analisando essas situações faz as
seguintes observações:
I – os átomos X e Z são isóbaros;
II – o átomo M é isótopo do Urânio-238
III – o átomo Z possui 143 nêutrons;
IV – o átomo X possui 90 prótons.
Das observações feitas, utilizando os dados acima, estão corretas:
a) apenas I e II
b) apenas I e IV
c) apenas III e IV
d) apenas I, II e IV
e) todas


13. Tipos de Reações Nucleares
• Transmutação nuclearTransmutação nuclear: São reações nucleares provocadas pelo
bombardeamento de nuclídeos.
7
14
N + 2
4
α → 8
17
O + 1
1
p
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações

14. Tipos de Reações Nucleares – Transmutação do C-14
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações
7
14
N + 0
1
n → 6
14
C + 1
1
p
• Uma aplicação importante consiste no método de datação baseado no
isótopo 14 do carbono.
• O carbono-14 forma-se naturalmente no ar atmosférico quando nêutrons
dos raios cósmicos colidem com átomo de nitrogênio.

15. • O carbono-14 reage então com o oxigênio do ar formando gás carbônico
radioativo, *CO2(g), que é absorvido pelos vegetais por meio da
fotossíntese e pelos animais por meio de alimentação.
• Assim a concentração de *CO2 nos tecidos vegetais e animais vivos é
praticamente constante, pois, ao mesmo tempo que carbono-14 é
absorvido, ele também decai por emissão de partícula beta.
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações
(Transmutação nuclear)
6
14
C → −1
0
β + 7
14
N
• Quando o organismo morre, o C-14 deixa de ser reposto e a quantidade
desse elemento no organismo começa a decrescer.
• Com base no conceito de meia-vida do carbono-14 (aproximadamente
5730 anos), os cientistas conseguem determinar a idade do fóssil.

16. Tipos de Reações Nucleares
• Fissão nuclearFissão nuclear: É o processo de transmutação nuclear no qual um
núcleo grande se quebra em outros menores, com grande liberação de
energia.
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações
• A fissão nuclear explica o funcionamento das usinas nucleares e das
bombas atômicas (usada para fins bélicos).
92 U
235
+ 0 n
1
→ 38 Sr
90
+ 54 Xe
143
+ 3 0 n
1

17. Tipos de Reações Nucleares
• Fissão nuclearFissão nuclear: Processo de fissão em uma explosão nuclear
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações

18. Cabeças-de-Guerra Nucleares
• As bombas: Little Boy
Little Boy
Lançada em Hiroshima
06/08/1945
Nome: Little Boy
Tipo: Uranium gun-type fission
Peso: 9,700lb (4.400 kg)
Comprimento: 10 ft, 6 in (3.2 m)
Diâmetro: 29 in (0.737 m)
Poder Explosivo: 15.000 tons de TNT
(15 kTON)
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações

19. Cabeças-de-Guerra Nucleares
• As bombas: Little Boy
– Obtendo a detonação (criticalidade = 100 kg urânio)
• “Gun-like arrangement”
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações

20. Cabeças-de-Guerra Nucleares
• As bombas: Fat Man
Fat Man
Lançada em Nagasaki
09/08/1945
Nome: Fat Man
Tipo: Plutonium fission
Peso: 10,000lb (4.535 kg)
Comprimento: 10 ft, 8 in (3.25 m)
Diâmetro: 5 ft (1.52 m)
Poder Explosivo: 21.000 tons of TNT
(21 kTON)
Outros dados
Espessura do corpo: 3/8 pol.
Massa do corpo: 5.000 lb
Massa de explosivo: 5.000 lb
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações

21. Cabeças-de-Guerra Nucleares
• As bombas: Fat Man
– Obtendo a detonação (criticalidade = 10 kg urânio + Po/Be)
• Compressão do material físsil
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações

22. Ataques Nucleares
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações
Alvo Hiroshima Nagasaki
Tokyo Fire
Raid
Mortos 70,000-80,000 35,000-40,000 83,000
Feridos 70,000 40,000 102,000
Densidade
Populacional
35,000 per sq mile 65,000 per sq mile
130,000 per sq
mile
Total Perdas 140,000-150,000 75,000-80,000 185,000
Área Destruida 4.7 sq mile 1.8 sq mile 15.8 sq mile
Plataforma de
1 B-29 1 B-29 334 B-29s

23. Tipos de Reações Nucleares
• Fissão nuclearFissão nuclear:
Usina nuclear
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações

24. Tipos de Reações Nucleares
• Fusão nuclearFusão nuclear: É o processo de transmutação nuclear no qual há uma
união efetiva de dois núcleos menores para formação de um núcleo
maior, com grande liberação de energia (cerca 10x mais que na fusão).
1 H2
+ 1 H2
→ 2 He3
+ 0 n1
1 H
2
+ 1 H
3
→ 2 He
4
+ 0 n
1
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações
• A fusão nuclear explica a atividade do Sol e das bombas de hidrogênio
(não utilizadas ainda em ataques reais, somente em testes).

25. Reações Nucleares
• Fusão Nuclear
Em 1951, um teste no Atol Eniwetok no
Pacífico Sul, demonstrou a liberação de
energia da fusão nuclear. Pesando 65
toneladas, o aparato foi um dispositivo
experimental, não uma bomba.
Em 1 Nov 1952, uma explosão
termonuclear de 10,4 Megaton, apelidada
de MIKE, anunciou o inicio do período
termonuclear. A ilha de Elugelab no Atol
Eniwetok foi completamente vaporizada.
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações

26. Reações Nucleares
• Reator à Fusão Nuclear
RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações
1. Combustível - O reator é alimentado por deutério e trítio, elementos produzidos a
partir do hidrogênio contido na água
2. Túnel magnético - A mistura de deutério e trítio forma um plasma que circula
rapidamente no interior do núcleo do reator
3. Revestimento - As paredes revestidas de ímãs aceleram o plasma, que chega a
uma temperatura de 100 milhões de graus Celsius
4. Rejeitos - O resultado da reação nuclear são simples átomos de hélio, um gás
inócuo, normalmente usado para encher balões em festas de criança
5. Estímulos - Injeções de átomos e de ondas de alta freqüência ajudam a manter a
temperatura elevada no núcleo
6. Resfriamento - Um circuito de resfriamento por líquido de alta pressão sai do reator
e gera eletricidade

27. RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações
ExemploExemplo
1) Fissão nuclear e fusão nuclear:
a) Os termos são sinônimos
b) A fusão nuclear é responsável pela produção de luz e calor no Sol
e em outras estrelas
c) Apenas a fissão nuclear enfrenta o problema de como dispor o lixo
radioativo de forma segura
d) A fusão nuclear é atualmente utilizada para produzir energia
comercialmente em muitos países
e) Ambos os métodos ainda estão em fase de pesquisa e não são
usados comercialmente.


28. RADIOATIVIDADE
Fenômenos e Aplicações
ExemploExemplo
2) Associe as reações nucleares cujas equações encontram-se listadas na
1ª coluna – reações nucleares (de I a IV) com os nomes dos
fenômenos listados na 2ª coluna – nome do fenômeno (de A a D)
I . 41
1
H → 2
4
He + 2 +1
0
β + 0
0
γ
II. 92
235
U + 0
1
n → 56
140
Ba + 36
94
Kr + 20
1
n
III . 13
27
Al + 22
4
α → 15
30
P + 0
1
n
IV . 90
232
Th → 88
228
Ra + 2
4
α
a) Transmutação artificial
b) Desintegração espontânea
c) Fusão nuclear
d) Fissão nuclear

29. EXERCÍCIOS
Pág. 205

30. EXERCÍCIO 1 - Pág. 205
Com relação aos processos de fusão e fissão nuclear, assinale o que
for correto.
01. Fusão nuclear consiste na junção de núcleos pequenos formando
núcleos maiores e liberando uma grande quantidade de energia.
02 Fissão nuclear é o processo de quebra de núcleos grandes em
núcleos menores, liberando grande quantidade de energia.
04. A fusão nuclear exige grande quantidade de energia para ocorrer
08. O processo de fissão nuclear é aproveitado pelo homem para a
geração de energia elétrica a partir da energia nuclear em usinas
termonucleares.
16. O processo de fusão nuclear ocorre naturalmente no sol, onde a
temperatura é suficientemente alta para que ocorra a fusão dos
átomos de hidrogênio formando átomos mais pesados.

31. EXERCÍCIO 2 - Pág. 205
A bomba
reduz neutros e neutrinos, e abana-se com o leque da reação em cadeia.
ANDRADE, C. D. Poesia completa e prosa. Rio de Janeiro: Aguilar, 1973 (fragmento).
Nesse fragmento de poema, o autor refere-se à bomba atômica de urânio. Essa reação
é dita “em cadeia” porque na
a) fissão do 235
U ocorre liberação de grande quantidade de calor, que dá continuidade à
reação.
b) fissão de 235
U ocorre liberação de energia, que vai desintegrando o isótopo 238
U,
enriquecendo-o em mais 235
U.
c) fissão do 235
U ocorre uma liberação de nêutrons, que bombardearão outros núcleos.
d) fusão do 235
U com 238
U ocorre formação de neutrino, que bombardeará outros núcleos
radioativos.
e) fusão do 235
U com 238
U ocorre formação de outros elementos radioativos mais
pesados, que desencadeiam novos processos de fusão.


32. EXERCÍCIO 3 - Pág. 206
A queima de 1 litro de gasolina fornece 33 kJ de energia. A fissão de somente 1g de
92
U235
fornece 8,25 ∙ 107 kJ de energia. A bomba de Hiroshima, utilizada pelos Estados
Unidos contra o Japão no final da Segunda Guerra Mundial, tinha uma quantidade de
urânio de aproximadamente 16 kg. Essa é a massa crítica necessária para a obtenção
da reação em cadeia de fissão e, consequentemente, a explosão. Uma esfera de urânio
de 12 cm de diâmetro tem essa massa de urânio.
a) considerando a gasolina como sendo constituída por octano (C8
H18
), escreva a
reação de combustão completa da gasolina devidamente balanceada. Copie a equação
de fissão do urânio, analisando a classificação periódica, complete a reação, dando os
símbolos e os nomes dos elementos X e Y resultantes da fissão do 92
U235.
92
U235
+ 10
n1
→ 35
X90
+ 57
Y143
+ 30
n1
+ energia
b) sabendo que um caminhão-tanque tem capacidade para transportar 40.000L de gasolina,
quantos milhões de caminhões-tanque cheios seriam necessários para produzir quantidade
de energia similar àquela liberada na explosão da bomba de Hiroshima?

33. • Cada elemento radioativo se transmuta a uma velocidade que lhe é
característica.
• Meia-vida é o tempo necessário para que a sua atividade
radioativa seja reduzida à metade da atividade inicial.
RADIOATIVIDADE
Cinética das emissões radioativas
Período de meia-vida (t1/2)
Ou seja, é o intervalo de tempo
necessário para que o número (ou
massa) de radionuclídeos se reduza
pela metade.

34. • Para determinar o número de períodos de meia vida (n):
RADIOATIVIDADE
Cinética das emissões radioativas
Período de meia-vida (t1/2)
m=
m0
2n

35. RADIOATIVIDADE
Cinética das emissões radioativas
ExemploExemplo
1) O decaimento radioativo de uma amostra de Sr-90 está
representado no gráfico a seguir. Partindo-se de uma amostra
de 40,0g, após quantos anos, aproximadamente, restarão
apenas 5,0g de Sr-90:
a) 15
b) 54
c) 90
d) 100
e) 120

36. RADIOATIVIDADE
Cinética das emissões radioativas
ExemploExemplo
m0 = 40,0g
m = 5,0g m=
m0
2n
5 =
40
2n
2n
= 8
n =3
t = n . t1/2
t = 3 . 30
t = 90 anos

37. RADIOATIVIDADE
Cinética das emissões radioativas
Mesmo exemploMesmo exemplo
1) O decaimento radioativo de uma amostra de Sr-90 está
representado no gráfico a seguir. Partindo-se de uma amostra
de 40,0g, após quantos anos, aproximadamente, restarão
apenas 5,0g de Sr-90:
a) 15
b) 54
c) 90
d) 100
e) 120
40 g40 g 20g20g 10g10g 5g5g
t1/2=30 anos
t1/2=30 anos
t1/2=30 anos

38. EXERCÍCIOS
Pág. 207

39. EXERCÍCIO 1 - Pág. 207
A meia vida do radioisótopo cobre-64 (29
Cu64
) é de apenas 12,8 horas,
pois ele sofre decaimento β se transformando em zinco, conforme a
representação.
Considerando uma amostra inicial de 128 mg de cobre-64, após 76,8
horas, a massa restante desse radioisótopo será de:
a) 2 mg
b) 10 mg
c) 12 mg
d) 28 mg
e) 54 mg


40. EXERCÍCIO 2 - Pág. 208
Medidas de radioatividade de uma amostra de tecido vegetal encontrado nas
proximidades do Vale dos Reis, no Egito, revelaram que o teor em carbono 14 (a
relação 14
C/12
C) era correspondente a 25% do valor encontrado para um vegetal vivo.
Sabendo que a meia-vida do carbono 14 é 5730 anos, conclui-se que o tecido
fossilizado encontrado não pode ter pertencido a uma planta que viveu durante o antigo
império egípcio – há cerca de 6000 anos –, pois:
a) a meia-vida do carbono 14 é cerca de 1000 anos menor do que os 6000 anos do
império egípcio.
b) para que fosse alcançada essa relação 14
C/12
C no tecido vegetal, seriam necessários
apenas cerca de 3000 anos.
c) a relação 14
C/12
C de 25%, em comparação com a de um tecido vegetal vivo,
corresponde à passagem de, aproximadamente, 1500 anos.
d) ele pertenceu a um vegetal que morreu há cerca de 11500 anos.
e) ele é relativamente recente, tendo pertencido a uma planta que viveu há apenas 240
anos, aproximadamente.


41. EXERCÍCIO 3 - Pág. 208
2011 é o Ano Internacional da Química; neste ano, comemoram-se
também os 100 anos do recebimento do Prêmio Nobel de Química por
Marie Curie, pela descoberta dos elementos químicos rádio e polônio. Ela os
obteve purificando enormes quantidades de minério de urânio, pois esses
elementos estão presentes na cadeia de decaimento do urânio-238. Vários
radionuclídeos dessa cadeia emitem partículas alfa (2
4
) ou beta negativa (-1
)
a) O Po-210 decai por emissão alfa com meia-vida aproximada de 140
dias, gerando um elemento estável. Uma amostra de Po-210 de altíssima
pureza foi preparada, guardada e isolada por 280 dias. Após esse período,
quais elementos químicos estarão presentes na amostra e em que
proporção, em número de átomos?
b) Qual o número de partículas alfa e o número de partículas beta
negativa que são emitidas na cadeia de decaimento que leva de um
radionuclídeo de Ra-226 até um radionuclídeo de Po-210? Explique

42. Material em...
http://www.quimica-progressao.blogspot.com.br/
quimica.progressao@gmail.comDúvidas?