Combustíveis alternativos e algumas alternativas aos combustíveis

Apresentação em tema: "Combustíveis alternativos e algumas alternativas aos combustíveis"— Transcrição da apresentação:

1 Combustíveis alternativos e algumas alternativas aos combustíveis
Escola Secundária de Caldas das Taipas Combustíveis alternativos e algumas alternativas aos combustíveis EnERGIA nuclear Neste trabalho abordaremos o tema da Energia Nuclear que se insere dentro da temática dos Combustíveis Alternativos e, por isso, nos conteúdos programáticos da Segunda Unidade. Química 12º

2 Para começar... História Energia nuclear Marie Curie Contras Prós
Radioatividade Marie Curie Contras Prós Desastres Temos como objetivo principal pesquisar, organizar e selecionar a informação relativa ao tópico, assimilando-a, de forma a transmiti-la à turma da melhor forma possível. Para cumprir este objetivo comprometemo-nos a realizar uma pesquisa intensa sobre a Energia Nuclear e a associar informações extra ao tema. Decidimos subdividir o nosso trabalho da mesma forma que o nosso manual; para isso, vamos deixar-nos levar pelos factos históricos relativos à era nuclear (com especial interesse sobre a vida de Marie Curie) e só depois abordaremos as diferenças entre as radiações, a equivalência massa-energia, a estabilidade nuclear e a energia da ligação nuclear, as emissões radioativas, o período de decaimento, a datação, as reações nucleares, a radioatividade ambiental e prós e contras da radioatividade. Como é habitual, usaremos algumas curiosidades, imagens e gráficos para justificar o que é afirmado ao longo do trabalho. Química 12º

3 Um pouco de História... Antoine Henri Becquerel, França (1852-1908)
Tudo começou em 1896, quando o francês Henri Becquerel descobriu radiações de natureza desconhecida emitidas espôntaneamente pelo urânio, descobriu-se assim a radioatividade – é um fenómeno através do qual certos elementos naturais emitem radiação. No entanto, apenas em 1902 se deu o verdadeiro milagre para a história da energia nuclear... Foi num barracão de madeira, próximo da sua casa, em Paris, que numa noite de Setembro de 1902, Marie e Pierre Curie finalmente descobriram um elemento radioativo a que chamariam radium. Este elemento proporcionou o primeiro tratamento eficaz para certos tipos de cancros, na medida em que destruía as células humanas doentes ao serem bombardeadas com partículas radioativas. Antoine Henri Becquerel, França ( ) Pierre Curie, França ( ) Marya Sklodowska  Marie Curie, Polónia ( ) Química 12º

4 “Lembrar-se-ia para sempre desta noite de pirilampos, desta magia!”
Um pouco de História... “Lembras-te do dia em que me disseste: ‘Gostava que o radium tivesse uma bonita cor’? Olha… olha!” “Lembrar-se-ia para sempre desta noite de pirilampos, desta magia!” Quando nessa noite regressavam a casa, o milagre ainda não se dera; até que, mesmo antes de se deitarem, Marie decidiu verificar mais uma vez as partículas nas bacias. Entraram no barracão às escuras com as suas filas de mesas de madeira cheias de material de laboratório, e Marie pediu a Pierre que não acendesse as luzes. Avançaram cuidadosamente e a toda a sua volta viram raios de luz saindo do interior das pequenas bacias. Marie virou-se para o marido e disse calmamente : “Lembras-te do dia em que me dissestes: ‘Gostava que o radium tivesse uma bonita cor’? Olha... Olha!”. Das bacias que enchiam as mesas e as prateleiras das paredes saía uma luminosidade suave azul-arroxeada. Comovida demais para falar, Marie observava os raios que não tremiam. “Lembrar-se-ia para sempre desta noite de pirilampos, desta magia”, escreveu mais tarde a sua filha Éve. O casal Curie tinha passado aquele dia filtrando medidas de pechblenda purificada, as últimas de cerca de seis mil bacias. Marie Curie estava convencida de que este minério negro continha um elemento novo e dinâmico cuja radiação podia destruir tecidos orgânicos doentes. Filtrando e refiltrando constantemente a pechblenda, esperava que aquele elemento misterioso acabasse por cristalizar nas bacias. Nós retiramos da internet o Episódio 22 da série “Era uma vez os Inventores” sobre: Marie Curie e pretendemos à medida que falamos da sua vida, mostrar alguns excertos; por isso aqui fica o 1º Trata-se de uma série animada que retrata a vida de grandes cientistas com todos os detalhes e alguma diversão! Química 12º

5 Um pouco de História... Casal Curie
Já sabemos como se deu o milagre naquele barracao de madeira em Paris, mas há muitas outras coisas que aconteceram antes desta maravilhosa descoberta e que gostaríamos de vos falar sobre o casal curie : Os Curies tinham-se conhecido em 1894, quando Marie – que nascera em Varsóvia em 7 de Novembro de 1867 com o nome de Marya Sklodowska – estudava na Sorbonne, em Paris. Vivia com dificuldades e numa dada ocasião desmaiou de fraqueza numa sala de conferências. Mesmo assim, foi das melhores do seu curso, com classificações distintas a Física e a Matemática. Como não podia manter um laboratório sozinha, foi convidada por Pierre (um respeitado cientista na escola de Física e Química, mas de poucos recursos) para compartilhar o dele. Acabaram por casaram em Julho de 1895, iniciando assim, em conjunto, a sua curta, mas frutuosa, colaboração científica. Vamos então ver mais um excerto da série “Era uma vez os inventores” que resume o que foi até agora dito... Química 12º

6 “Era como criar algo a partir do nada!”
Um pouco de História... “Não tínhamos dinheiro nem um laboratório decente para levarmos a cabo a nossa importante e difícil tarefa” “Era como criar algo a partir do nada!” “Às vezes passava um dia inteiro a mexer uma massa fervente com um varão de ferro quase do meu tamanho. Chegava à noite morta de cansaço.” Inspirada na obra do físico Henri Becquerel, Marie ficou fascinada pela emissão de radiações semelhantes pela pechblenda, que eram quatro vezes mais intensas do que as emitidas pelo urânio contido no minério. O convite de Pierre permitiu que Marie tivesse, pelo menos, como laboratório um barracão velho com uma clarabóia que pingava e um chão de terra batida. “Não tinhamos dinheiro nem um laboratório decente para levarmos a cabo a nossa importante e difícil tarefa”, escreveu mais tarde. “Era como criar algo a partir do nada. Às vezes passava um dia inteiro a mexer uma massa fervente com um varão de ferro quase do meu tamanho. Chegava à noite morta de cansaço”. Durante as investigações, os Curies tinham-se apercebido de que a pechblenda (formada essencialmente por óxido de urânio radioativo) queimava os dedos de Marie, provocando-lhes feridas vermelhas e irritantes. Estas saravam lentamente, o que levou Marie a pensar que, se a radiação destruisse células saudáveis sem efeitos negativos duradouros, talvez pudesse ser utilizada para erradicar células malignas. Na Europa, a maioria da pechblenda provinha de minas na Checoslováquia, onde os sais de urânio extraídos eram usados no fabrico de vidro. Os resíduos eram despejados num pinhal próximo; e, com o auxílio do Governo Austríaco, uma tonelada desses resíduos fora mandada em 1898 de comboio para o casal Curie, permitindo assim a concretização das descobertas do casal. Após quatro duros anos de trabalho, em 1902 (data qual a qual iniciamos a história deste milagre ocorrido num simples “barracão”), Marie viu pela primeira vez os seus “mágicos pirilampos azuis”. Química 12º

7 Um pouco de História... Casal Curie
A difícil tarefa permitiu ao casal subdividir o trabalho; desta forma, Pierre ocupou-se do dedicado trabalho de laboratório, traduzindo o estudo das substâncias radioativas, entre elas o urânio e o polónio (que Marie descobrira nesse ano e assim o denominara em honra da Polónia, sua pátria). Enquanto, Marie trabalhava no pátio, mexendo grandes panelões de pechblenda e vigiando para que o lume se mantivesse aceso dia e noite. Uma vez isolado o rádio, Pierre expôs deliberadamente um braço às suas radiações. Para seu deleite científico, surgiu uma queimadura... Quase oito semanas depois, a queimadura não passava de uma minúscula mancha cinzenta; e então, ele repetiu a experiência em animais. O rádio atuou da mesma forma, e também ele se convenceu de que, ao destruir as células doentes, as poderosas radiações poderiam curar os tumores malignos. Química 12º

8 Um pouco de História... “Se a nossa descoberta tem futuro comercial, isto é um acidente do qual não devemos aproveitar-nos. O rádio vai ser útil no tratamento das doenças, e parece-me impossível tirar proveito disso.” Em 1903, os Curies partilharam o Prémio Nobel da Física, pela descoberta da radiotividade com Henri Becquerel. Dois anos mais tarde, o rádio era comercializado para utilização no tratamento do cancro. Os Curies estavam em situação de fazer uma fortuna, mas Marie recusou-se a patentea-la. “Se a nossa descoberta tem futuro comercial”, disse, “isto é um acidente do qual não devemos aproveitar-nos. O rádio vai ser útil no tratamento das doenças, e parece-me impossível tirar proveito disso.” Mas o trabalho conjunto dos Curies não durou muito mais: em Abril de 1806, em Paris, Pierre foi atropelado por uma carroça de cavalos e morreu. Cinco anos depois, Marie recebia o Prémio Nobel da Química pela descoberta do rádio e do polónio e por ter isolado o rádio puro. Marie morreu em 4 de julho de 1934 de leucemia, em parte devido a anos de exposição a radiações. Vamos então ver mais um excerto da série “Era uma vez os inventores” que resume o que foi até agora dito... Química 12º

9 Um pouco de História... Albert Einstein, Alemanha (1879-1955)
Otto Hahn, Alemanha ( ) No entanto, achamos por bem não terminar por aqui a história da era nuclear!, por isso decimos esquecer a triste morte de Marie Curie e recuar no tempo para identificar e salientar os avanços que as descobertas desta senhora e do seu marido atribuíram à Ciência. Em 1905, Albert Einstein conclui os estudos relativos à equivalência massa-energia, ao apresentar à comunidade científica as Teorias da Relatividade. As duas teorias de Einstein tentam explicar a natureza do movimento, da massa, da energia e da gravidade, ultrapassando muitos dos conceitos da tradição clássica da Física de Newton. A Teoria Geral diz respeito à gravidade; enquanto que, a Teoria Restrita prevê a forma como os objetos se comportam a velocidades próximas da da luz, sugerindo que a massa/matéria pode ser convertida em energia. Em 1938 os cientistas alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann dividem átomos de urânio bombardeando-os com neutrões. O processo implica a perda de massa, que é convertida em energia, confirmando a teoria de Einstein. Em 1942 uma equipa dirigida por Henrico Fermi , da Universidade de Chicago, constrói um reator nuclear e cria a primeira reação em cadeia com urânio. É grande avanço da Era Nuclear! Entre 1943 e 1945, no estado de Washinton, são construídos reatores para produção de plutónio, destinado a bombas nucleares. Ao longo dos seguintes anos foram acontecendo alguns desastres que ao longo do trabalho falaremos. Em 1952 dá-se a construção de um reator experimental de reação rápida de dupla finalidade no Estados Unidos, para produção simultânea de eletricidade e plutónio. Fritz Strassmann, Alemanha ( ) Enrico Fermi, Itália ( ) Química 12º

10 A 1ª central nuclear ampla abriu em Calder Hall, Inglaterra, em 1956.
Energia Nuclear 1kg U  2 mil ton carvão  8 mil barris petróleo Sabias que?! A 1ª central nuclear ampla abriu em Calder Hall, Inglaterra, em 1956. A Energia Nuclear é gerada pela fissão ou fragmentação de átomos de urânio e plutónio. O processo liberta uma enorme quantidade de matéria prima, sendo que a fissão de um quilo de urânio liberta tanta energia como a combustão de duas mil toneladas de carvão ou de oito mil barris de petróleo. Esta energia, está assim, encerrada no núcleo dos átomos e nas forças que mantém unidas as partículas subatómicas. É libertada sob a forma de calor e energia eletromagnética pelas reações nucleares, como as que ocorrem no sol e nas reações e explosões nucleares. Estas reações traduzem-se na aniquilação de massa e sua conversão em energia (ver figura). Química 12º

11 Energia de Ligação Nuclear
Dada quantidade de Massa Conversão em Energia Formação de um núcleo atómico Teoria da Relatividade Segundo Einstein, a energia traduzia a capacidade de produzir calor ou trabalho e tinha uma equivalência com a matéria. Assim, uma pequena quantidade de matéria geraria uma enorme quantidade de energia e vice-versa. Desta forma, na formação de um núcleo atómico existe uma quantidade de massa que é convertida numa determinada quantidade de energia, designada por energia de ligação nuclear, que mantém juntos os nucleões. Mantém juntos os nucleões Química 12º

12 Estabilidade Nuclear Núcleo leve (excesso de neutrões)
Núcleo pesado (deficiência de neutrões) Núcleo Radioativo Isótopo Radioativo Estabilidade O número de protões e neutrões (nucleões) num átomo parece determinar a estabilidade do núcleo; já que: * Se um núcleo leve tem demasiados neutrões, quando comparado com um número de protões, o núcleo é radioativo. O significado de “ter demasiados” depende do elemento: se o elemento for hidrogénio (com 2n e 1p) é radioativo enquanto que o H (com 0n e 1p) não é. * Se um núcleo pesado não tiver neutrões suficientes, esse isótopo será radioativo. Por isso, o U-235 é muito mais radioativo que o U-238. Assim, a instabilidade do núcleo conduz ao aparecimento de radioatividade ou decaimento radioativo. Instabilidade Radioatividade Química 12º

13 Estabilidade Nuclear Como é possível verificar com a Figura todos os elementos com o número atómico superior a oitenta e três têm núcleos instáveis (logo são radioativos), tomando a designação radionuclídeos. Por sua vez, os elementos que possuem número atómico inferior ou igual a oitenta e três, têm isótopos (núcleos estáveis) e a maior parte tem pelo menos um radioisótopo (núcleo instável). Relação entre o número atómico e número de massa e a estabilidade do elemento. Química 12º

14 Estabilidade Nuclear Números Mágicos Número de protões
2 8 20 28 50 82 114 164 ___ Número de neutrões 126 184 196 Existem números de protões e de neutrões que são muitas vezes chamados de “números mágicos”, visto que conferem particular estabilidade aos núcleos. Uma espécie contendo um número mágico de protões e/ou neutrões é mais estável que outra que não os tenha. Na seguinte tabela (Tabela ) demonstramos quais os “números mágicos”: Química 12º

15 Estabilidade Nuclear Os núcleos que possuam um número par de ambos os nucleões também são mais estáveis do que aqueles que não o têm. Química 12º

16 Isótopos * Igual número atómico * Diferente massa atómica
Declinam para atingir a estabilidade Cadeia de declíneo * Igual número atómico * Diferente massa atómica Quase todos os elementos têm versões quimicamente idênticas, mas com pequenas diferenças a nível atómico; são os chamados isótopos, cujos átomos têm o mesmo número atómico mas diferente massa atómica. Ou seja têm o mesmo nº de protões (que na figura estão a vermelho, como podem verificar) e diferente nº de neutrões (estão a azul)... Os eletrões a verde. Decidimos abordar esta definição; já que, alguns isótopos radioativos declinam por etapas (emitindo diversas partículas a cada etapa), antes de atingir um estado estável. A série de isótopos com semividas variáveis, formada pelo declíneo de um elemento noutro chama-se série radioativa. O tório-232, por exemplo, passa por dez transformações até se transformar em chumbo. Assim se constitui uma cadeia de declíneo, ou reação em cadeia ou cadeia de estabilidade. Química 12º

17 Partículas subatómicas
Emissões Radioativas Radiação energética Partículas subatómicas Sabias que?! No ano de 1990, a Energia Nuclear era a fonte energética de maior crescimento. Mas em 2005 já era a segunda de menor crescimento. * Partículas  * Partículas  * Raios  Na radioatividade, núcleos atómicos instáveis emitem radiação altamente energética ou partículas subatómicas. Descobriu-se que a radiação consistia em três grandes e diferentes tipos de raios, cujo estudo ajudou a elucidar a estrutura da matéria. Os cientistas que as descobriram chamaram-lhe raios alfa (), beta () e gama (), de acordo com a distância a que conseguem penetrar os diversos materiais. Descobriu-se que os raios  e  são feixes de partículas subatómicas, designados por partículas alfa e beta. A emissão de qualquer deles de um núcleo modifica a sua estrutura e a estrutura do seu átomo, transformando-os num átomo de outro elemento. Por sua vez, os raios gama são raios X muito fortes. A sua emissão não altera o número de partículas do núcleo, porque é, basicamente, a libertação do excedente de energia nuclear. As partículas  costumam acompanhar ou seguir a emissão de partículas  ou . Química 12º

18 Partículas  * * Carga positiva * Excessivamente pesadas * Não penetram a pele * Ex: Urânio-238  Tório-234 As partículas  são constituídas por dois protões e dois neutrões, sendo idênticas ao núcleo de um átomo de Hélio (2 p + 2n + 2+). Têm carga positiva e são injetadas quando o núcleo de um átomo radioativo se desintegra. São partículas excesivamente pesadas para serem desviadas pelas moléculas de ar, movem-se, por isso, em linha reta. Apesar de serem detidas por uma folha de papel, não conseguem penetrar na pele e só entram no corpo pelo consumo ou inalação de matéria radioativa. Dentro do corpo humano, uma única partícula pode alterar a constituição de uma célula viva, desencadeando um cancro. Um exemplo comum da emissão de partículas  é quando o Urânio-238 se declina para Tório-234 . [animação] – mostrar animação – é assim: o que tens que fazer é ir ao balde de polónio e pegar num átomo e coloca-lo ao lado do balde naquele espaço branco enorme, logo a seguir de “pousares” esse atomo tens que fazer o mesmo com outro e vais verificar que os átomos de polónio vão declinar em átomos de chumbo e vão “soltar” uma partícula – é uma particulas alfa! Podes ver aqui mais informações, bem como mais instruções: Química 12º

19 Partículas  * - ou + * Metade da velocidade da luz * Pouca massa * Penetram alumínio (5mm) * Ex: Estrôncio-90  Ítrio-90 Decaimento - Têm muito pouca massa, deslocando-se a metade da velocidade da luz e podendo ser desviada pelas moléculas de ar. Estas partículas são, também, detidas por uma folha de alumínio com 5 mm de espessura. Conseguem penetrar na pele, mas o seu perigo resulta sobretudo da inalação ou ingestão de um emissor de beta. Se contaminar os ossos, por exemplo, pode provocar leucemia. Um exemplo relativo à emissão de partículas  resulta do declíneo do Estrôncio-90 em Ítrio-90. A emissão de partículas  varia se um núcleo instável apresenta execesso ou deficiência de neutrões. Os núcleos com excesso de neutrões decaem via -, ou seja, com emissão de eletrões (Figura). A esses eletrões dá-se o nome de - para não se confundir com os eletrões que se encontram na nuvem eletrónica do átomo, uma vez que ele provém do núcleo. O excesso de neutrões vai ser equilibrado através da conversão de um neutrão num protão, num eletrão e num antineutrino, tal como se pode sintetizar no esquema: Os núcleos com deficiência de neutrões decaem via emissão de + (Figura). A deficiência de neutrões vai ser contrariada através da conversão de um protão num neutrão, num positrão (+) e num neutrino+. O positrão e neutrino+ são emitidos do núcleo. Novamente, explicitamos o decaimento num esquema reacional... [animação] – mostrar animação – é assim: o que tens que fazer é ir ao separador “unico átomo” e explorar.. Depois falas do tempo de decaimento, e do que é libertado: por exemplo com o C-14 dá-se a libertação de uma particula beta menos. Podes ver aqui mais informações, bem como mais instruções: Química 12º Decaimento +

20 Partículas  * ≈ raios X * Carga neutra * Sem massa * Velocidade da luz * Ex: Rádio-226  Rádon-222 Os raios  são uma forma de radiação eletromagnética semelhante aos raios X, mas com menor comprimento de onda. Tal como os raios X, estes raios penetram a maioria dos materiais, não têm massa e deslocam-se em linha reta à velocidade da luz (Figura) . São produzidos quando (ou pouco depois de) os núcleos se desintegrarem, a par de emissões de partículas  e . Uma folha de chumbo de 4 cm de espessura reduz a intensidade dos raios  em cerca de 90%. Só uma espessa camada de betão protege por completo o ser humano; desta forma, ao penetrarem no corpo são raios perigosos, porque geram iões que danificam os tecidos vivos. O declínio do rádio-226 em rádon-222 é um exemplo da emissão dos raios . Assim se conclui que um decaimento  pode acontecer depois de decaimentos  ou , porque o núcleo atómico se tornou muito energético. Decaimento  Química 12º

21 Emissão de partículas radioativas
Sintetizamos, desde já, que estas radiações podem ser prejudiciais ao corpo humano. Em termos de poder de penetração, as partículas alfa são as menos e os raios gamas os mais penetrantes (como se pode ver na Figura). Mas o seu poder de destruição de células pode ser aproveitado no tratamento do cancro. Poder penetrante das diferentes emissões. Química 12º

22 Emissão de partículas radioativas
Tipo de radiação Carga da partícula Massa (unidades de massa atómica) Velocidade das partículas Capacidade ionizante Poder penetrante Travada por ex. por Partícula alfa ( ou ) +2 4 Lenta Elevada Fraco, mas provoca danos Folha de papel ou pele Partícula beta negativa (-) -1 1/1850 Rápida Média Moderadamente penetrante Alumínio Partícula beta positiva (+) +1 Partícula gama () Muito rápida (velocidade da luz) Muito penetrante Chumbo Para finalizar, decidimos aqui deixar uma tabela e imagens que comparam as três radiações. Analisar por alto a tabela... Química 12º

23 Emissão de partículas radioativas
Por fim, mais ultima imagem onde é possível sintetizar tudo o que dissemos até agora – analisar e ler a imagem Química 12º

24 Tempo de meia-vida * Ritmo a que o isótopo se declina.
Como já se referiu, todos os elementos com número atómico superior a 83 são naturalmente radioativos e, por isso, a velocidade de desaparecimento relativa destes nuclídeos radioativos é expressa pelo tempo de meia-vida, semivida ou período de decaimento. A semivida de um isótopo mede o ritmo a que este se declina. O declínio de um núcleo isolado é imprevisível, mas, no conjunto de átomos, metade declina durante um certo intervalo de tempo (a semivida). Durante o período de semivida, a radioatividade é reduzida a metade; no período idêntico seguinte de semivida, metade dos restantes núcleos (e não metade do número original) declina, e a radioatividade desce para um quarto do nível original, e assim sucessivamente: análise da imagem. A semivida de um isótopo radioativo pode variar de uma fração de segundo até muitos milhões de anos. Neste grafico é possível depreender a relação entre a percentagem dos isótopos-pai (original) e filho (obtido) e o número de meias-vidas Química 12º

25 Tempo de meia-vida Neste outro grafico é possivel analisar a curva exponencial de decaimento onde se depreende qual a variação da percentagem de radionuclídeo na amostra em função do número de meias-vidas. Química 12º

26 Tempo de meia-vida O acidente no reator nuclear de Chernobyl, em 1986, lançou para a amosfera grande quantidade de estrôncio radioativo, cuja meia vida é 28 anos. Supõe-se ser este isótopo a única contaminação radioativa e sabe-se que o local poderá ser considerado seguro quando a quantidade do isótopo se reduzir, por desintegração, a 1/16 da quantidade inicialmente presente. Determine em que ano o local poderá ser habitado novamente. Com o que foi explicado anteriormente sobre a semivida, tentaremos fazer com que voces apliquem esse conceito numa pequena atividade: LER e RESOLVER (ver pag 110, manual -SIMÕES, Teresa; QUEIRÓS, Mª Alexandra; SIMÕES, Mª Otilde (2011). Química em contexto. Porto Editora. Porto.). Mais à frente voltaremos a referir algo mais sobre este acidente, mas com este exercicio já ficam com a ideia da gravidade do acidente em questão Química 12º

27 Propriedade de núcleos instáveis
Radioatividade Sabias que?! Medindo a quantidade de U-238 e de Pb-206 nas rochas da superfície da Terra, os cientistas determinaram que a idade da superfície terrestre se situa entre os 3.5 e os 4.0 mil milhões de anos. Assim, e considerando o tempo que as rochas levaram a arrefecer, a Terra deverá ter cerca de 4.5 mil milhões de anos. A radioatividade é um fenómeno natural ou artificial, pelo qual elementos químicos radioativos emitem uma radiação capaz de atravessar objetos sólidos, sendo uma propriedade de núcleos instáveis. Propriedade de núcleos instáveis Química 12º

28 Origem da Radioatividade
Natural Artificial * Terrestre * Cósmica As radiações podem ter origens naturais e artificiais: A radioatividade na natureza tem origem em duas fontes: terrestre e cósmica. Os rádioisótopos terrestres foram criados nos primeiros dias do Universo por isso, são milhares de milhões de anos mais antigos do que a Terra, têm assim semividas muito longas (o Urânio-238, por exemplo, tem uma semivida de 4500 milhões de anos). A outra fonte de radiação natural (cósmica) resulta da interação dos raios cósmicos com a atmosfera terrestre. Quando os raios cósmicos bombardeiam os átomos da atmosfera, o subproduto da interação em análise resulta da formação de muitos isótopos radioativos como o carbono-14, que tem uma semivida de 5730 anos – como integra os organismos vivos, o seu declínio permite datar a morte dos mesmos, revelando-se uma importante ferramenta para a Paleontologia. Embora os radioisótopos, ocorram naturalmente no ambiente, as atividades humanas têm proporcionado cada vez mais a existência de radiações artificiais no nosso quotidiano. Nos dias de hoje, qualquer edifício é construído apartir de materiais que contenham minério de urânio ou rádon (os tijolos, o cimento, as pedras são exemplos desses materiais). No entanto, também a medicina e a queima do tabaco permitem a existência de radiações artificiais. Na área da medicina, diversos instrumentos diagnóstico provocam uma exposição individual a radiações: a utilização de raio X ( no diagnóstico de fraturas), de raios gama ( no tratamento de tumores) e a utlização de radioisótopos no tratamento do cancro são alguns exemplos. Sabias que?! Os fumadores recebem uma dose de radiação de chumbo-210 que se encontra naturalmente no tabaco; e, também, uma dose adicional de radiação proveniente do decaimento do rádon e do polónio-218. Química 12º

29 Principais fontes de radiação a que estamos sujeitos no dia-a-dia
Sabias que?! Braga, Porto, Viseu, Guarda, Castelo Branco e Portalegre são os distritos de Portugal em que há maior acumulação de gases radioativos ao ponto de se atingir níveis perigosos. O risco de exposição à radiação depende, como facilmente de depreende, do tipo de trabalho que se efetua. As profissões de maior risco abrangem a exploração mineira de profundidade, os radiologistas, os investigadores, os pilotos de avião e os operadores de centrais nucleares. Em jeito se síntese, o gráfico ao lado representa quais as principais fontes de radiação, sendo que quase 68% da radiação a que estamos sujeitos é proveniente da Natureza – não temos como fugir! Química 12º

30 Datação * Método relativo * Método absoluto Sabias que?!
Os principais produtores de energia nuclear são a França, a Suécia e a Ucrânia, sendo que a percentagem de energia elétrica doméstica resultante da energia nuclear em 1998 pela França foi de 77%, pela Suécia 47% e pela Ucrânia 44%. Há duas formas de datar um acontecimento, são elas: * O método relativo, que fixa os acontecimentos e ordena-os sem estabelecer a sua duração; * O método radiométrico ou absoluto, ou datação radioisotópica, que permite calcular o número real de anos que decorreram desde a ocorrência de um acontecimento até ao momento atual, através da utilização de técnicas radioativas – como a taxa de decaimento, que se exprime em semividas, ou o decaimento radioativo do isótopo carbono-14. Química 12º

31 Curva de decaimento radioativo
Datação por Carbono-14 Na natureza existem três isótopos de carbono, são eles o carbono-12 (98.9% da abundância), o carbono-13 (1.1%) e o carbono-14 ( %). Este último, o menos abundante, emite partículas , é, por isso, radioativo. A sua percentagem no nosso planeta permanece constante, pois este isótopo desintegra-se à mesma velocidade que se forma. Este isótopo forma-se na atmosfera superior da Terra devido à colisão de neutrões vindos do espaço com átomos de azoto, como é possível depreender com a reação e a imagem no slide. O carbono-14 é parte inerente dos seres vivos que realizam fotossíntese, uma vez que a sua incorporação na atmosfera sob a forma de dióxido de carbono, permite o seu alastrar através das cadeias alimentares. Uma vez determinada, a percentagem de carbono-14 e a idade, é possível traçar a curva de decaimento radioativo: Curva de decaimento radioativo Química 12º

32 Medidores de Radioatividade
* Contador de Geiger Müller Recorrendo ao Contador de Geiger ou Tubo de Geiger Müller, é possível medir a radioatividade; uma vez que este instrumento possui um contador que indica o número de partículas detetadas por minuto. Para que o contador funcione, enche-se o tubo com gás árgon e aplica-se um diferença de potencial de creca de 500 volts no fio que passa no meio do tubo, tal como se depreende com a Figura (a preto e branco). Quando uma partícula entra no tubo remove um eletrão do átomo de árgon. Esse eletrão será atraído, pela diferença de potencial existente, para o fio central. À medida que se desloca em direção ao fio, o eletrão em causa vai colidir com os eletrões presentes nas nuvens eletrónicas dos átomos de árgon, permitindo assim, a criação de um impulso que pode ser amplificado e contado. Atualmente, já existem outros tipos de detetores que utilizam outras propriedades das partículas radioativas. Esquema de funcionamento de um detetor de radiação – contador de Geiger. Química 12º

33 Reações Nucleares * Cisão  divisão de núcleos pesados * Fusão  junção de núcleos leves Os reatores e as armas nucleares servem-se pelo facto estabelecido pela Teoria da Relatividade, onde há uma interligação entre a massa e a energia. A matéria (ou massa) é aniquilidada e convertida em energia quer por cisão nuclear (divisão de núcleos pesados) quer por fusão nuclear (junção de núcleos leves). Em ambos os casos, a massa produzida, incluindo as partículas subatómicas emitidas, é menor do que a do núcleos iniciais; sendo que a restante é transformada numa explosão de energia. Química 12º

34 Fissão ou Cisão nuclear
A cisão ou fissão nuclear assenta no facto de os núcleos de certos isótopos, como o urânio-235 e o plutónio-239, se tornarem altamente instáveis quando captam um neutrão. Cindem-se imediatamente em dois núcleos mais leves, mais alguns neutrões (que a seguir cindem novos núcleos, numa reação em cadeia). A energia é libertada sob a forma de raios gama e outra radiação, e de energia cinética dos produtos de cisão, criando uma enorme quantidade de calor. Desta forma, a fissão nuclear é a divisão de um núcleo grande em núcleos menores, libertando uma grande quantidade de energia e neutrões. Numa bomba, a reação é produzida em milionésimos de segundo e a energia libertada é explosiva. A primeira aplicação da fissão nuclear foi a construção da bomba atómica! Química 12º

35 Fissão ou Cisão nuclear
Num reator, as barras de controlo do número de neutrões, garantem a estabilidade da reação. O principal objetivo de uma central nuclear é controlar as reações nucleares de forma que a energia seja libertada gradualmente. Esta energia, sob a forma de calor, é utilizada para ferver água e produzir vapor de água, que, por sua vez, faz funcionar os turbogeradores utilizados na produção de energia elétrica. (Mencionar que esta imagem é um Esquema e uma central nuclear de produção de energia elétrica.) [animação] – mostrar animação – é assim: o que tens que fazer é explorar e mostrar como se processa realmente uma fissão. Podes ver aqui mais informações, bem como mais instruções: Química 12º

36 Fusão nuclear Condições para o sucesso de um reator termonuclear:
* Elevada densidade de partículas * Elevada temperatura do plasma * Longo tempo de confinamento do plasma quente A fusão nuclear é uma reação na qual núcleos de hidrogénio ou dos seus isótopos (deutério e trítio) se fundem para formar núcleos de hélio. Também nestas reações nucleares há uma perda de massa e uma enorme libertação de energia. Os núcleos formados têm, assim, maior estabilidade nuclear que os núcleos que lhes deram origem. A fusão alimenta o sol, já que todas as reações nucleares que lá ocorrem baseiam-se na junção de núcleos leves para dar origem a núcleos mais pesados. Contudo, ainda não foi possível construir um reator de fusão de produção de energia. O esquema da fusão que acontece no Sol não é adequado aos reatores na Terra, pois tem uma progressão muito lenta e só acontece devido à elevada densidade de protões no centro do Sol. São necessárias três condições para que um reator termonuclear tenha sucesso: * Uma elevada densidade de partículas que garanta que as partículas interajam de uma forma suficientemente intensa para que o número de colisões seja muito elevado. Uma elevada temperatura do plasma (é um estado da matéria composto essencialmente por iões gasosos e eletrões livres), porque de outro modo as partículas que colidem não são suficientemente energéticas para ultrapassar a barreira elétrica que as afasta. Um longo tempo de confinamento do plasma quente que assegure que a sua densidade e temperatura permaneçam suficientemente elevadas para fundir o combustível sem danificar o contentor (o que, até agora, tem sido o mais difícil). Química 12º

37 Fusão nuclear Na antiga União Soviética, foi desenvolvido um equipamento para a fusão nuclear, denominado tokamak. No tokamak, as partículas carregadas que fazem o plasma quente são confinadas por um campo magnético. As forças magnéticas atuam sobre as cargas do plasma em movimento evitando que o plasma quente toque nas paredes da câmara. Contudo, a possibilidade de a reação nuclear se autossustentar ainda não foi alcançada. Química 12º

38 Temperatura típica de reação (K)
Tipo de reação Matérias primas Temperatura típica de reação (K) Energia libertada por kg de combustível (J/kg) Química C + O2  CO2 Carvão betuminoso 7x102 3.3x107 Fissão U n  Ba Kr n UO2 (3% U % U-238) 1x103 2.1x1012 Fusão H-2 + H-3  He-4 + n Deutério e Trítio 1x108 3.4x1014 Tabela COM A Comparação da Energia libertada numa reação Química, numa Fissão Nuclear e numa Fusão Nuclear Química 12º

39 Prós da Radioatividade
* Menos dispendiosa; * Menos poluente; * Rentável; * Transporte menos perigoso; * Menos resíduos; * Fiável; * Reduz o défice; * Aumenta a competitividade... Sabias que?! Apesar da polémica que se gera à volta da Energia Nuclear, 18% das necessidades mundiais de eletricidade são satisfeitas por esta via. * A energia nuclear não é tão dispendiosa, já que custa quase o mesmo que o carvão; *Não produz dióxido de carbono, logo não contribui para o efeito de estufa e Não polui o ar com gases de enxofre, de azoto, etc; * Não ocupa grandes áreas de terreno; * Produz enormes quantidades de energia, utilizado pequenas quantidades de combustível, logo é rentável * É menos perigoso transportar urânio do que gás natural ou petróleo; * A quantidade de resíduos produzida é reduzida; * É fiável; * Reduz o défice comercial; Aumenta a competitividade. [ler sabias que!] Química 12º

40 Contras da Radioatividade
* Resíduos perigosos; * Muito investimento em segurança; * Poluição térmica; * Utilização para fins bélicos; * Ameaça à estabilidade económico-social... Sabias que?! O plutónio-239 leva anos para ter a sua radioatividade reduzida a metade, e cerca de anos para se tornar inócuo. Apesar de não produzir muitos resíduos, a quantidade produzida deve ser enterrada por muitos milhares de anos para permitir a extinção da radioatividade. Para isso, deve ser protegida de terramotos, inundações, terroristas, etc para evitar perigos maiores; Apesar de ser fiável e rentável, há que se gastar muito dinheiro em segurança; Poluição térmica devido às elevadas temperaturas da água utilizada no aquecimento; A sua utilização para fins bélicos é uma preocupação a nível mundial, já que, ameaça a estabilidade económica e social. Química 12º

41 Desastres Nucleares * Acidente nuclear de Chernobyl, Ucrânia, 26 de Abril de 1986 – explosão num reator nuclear. * Acidente nuclear de Fukushima, Japão, 11 de Março de 2011 – explosão devido ao sismo e tsunami. * Bomba nuclear Little Boy lançada em Hiroshima, Japão, 6 de Agosto de * Bomba nuclear Fat Man lançada em Nagasaki, Japão, 9 de Agosto de 1945. Apesar das vantagens, a Energia Nuclear e a Radioatividade são fatores muito perigosos para a Humanidade, planeta e qualquer outro ser vivo à sua superfície. Decidimos por isso, identificar alguns dos acidentes mais marcantes neste ramo. Temos a salientar, também, que é aquando da desintegração desse mesmo núcleo que a energia de ligação dos nucleões é libertada e produz o efeito aterrorizador de uma bomba atómica ou de uma explosão nuclear... Os isótopos radioativos acumulam-se nas cadeias alimentares e rapidamente contaminam tudo e todos à sua volta. Trata-se assim de um grave e longo problema pois os níveis de radioatividade permanecem elevados por décadas! O decaimento radioativo é o fenómeno através do qual um isótopo radioativo instável perde energia espontâneamente, transformando-se num átomo mais estável. O decaimento radioativo pode durar dias (caso do Iodo) ou décadas (caso do césio)... A permanência destes elementos radioativos “abre as portas” a deformações no Homem, à extinção de espécies, à degradação do ambiente, etc... Enunciar os desastres que estão escrios no slide Química 12º

42 Chernobyl, 1986 Sabias que?! O acidente de Chernobyl teve 400 vezes mais radiação do que a bomba lançada em Hiroshima, no Japão. Mostrar video que resume um pouco do acidente! Mencionar que existe no youtube um excelente documentario que se encontra dividido em 10 partes cada uma com mais ou menos 10 minutos intitulado “O desastre de Chernobyl”. Mencionar que pelo facto de não haver nenhum vídeo que resuma o docuemntário, e por uma questão de tmepo deixamos apenas no ar a informação na tentativa de vos cativar. Química 12º

43 Fukushima, 2011 http://www.youtube.com/watch?v=3ypiDPfL9Yk
Neste vídeo é possível sintetizar alguns dos detlahes mais significantes doa cidente ocorrido no ano passado em fukushima nos reatores nucleares da cidade em questão. Química 12º

44 Hiroxima, 1945 http://www.youtube.com/watch?v=BfJZ6nwxD38
Sobre este desastre optamos por não colocar um simples vídeo, porque existe, no Japão, uma série qu ese relaciona com este desastre: Gen Pés Descalços (Barefoot Gen, em inglês; はだしのゲン ou Hadashi no Gen, em japonês) é uma série de banda desenhada criada por Keiji Nakazawa. A série começou em 1945 em Hiroshima e arredores da cidade, onde um menino de seis anos de idade, Gen, vivia com sua família. Depois de Hiroshima ser destruída pela bomba atómica, Gen e outros sobreviventes são obrigados a lidar com as consequências da destruição. A história é baseada nas experiências do próprio autor, Nakazawa, já que ele próprio é um sobrevivente da bomba lançada em Hiroshima. Química 12º

45 Nagasaki, 1945 http://www.youtube.com/watch?v=6l5jI4iO4-g
Cetamente se recordam de alguns momentos que ocorreram após a 2ª guerra mnundial, por isso: acerca das bombas atómicas que os EUA fizerma explodir sobre as duas cidades do Japão aqui temos a deixar apenas um pequeno video sobre a “Fat Man” – a bomba que explodiu com Nagasali. Durante o vídeo podem referir o “efeito cogumelo” resultante da explosão já que haverá uma filmagem desse momento. Química 12º

46 Decaimento radioativo
Unidades da Radiação Decaimento radioativo SI: Becquerel (Bq) Outro: Curie (Ci) Dose absorvida SI: Gray (Gy) Outro: rad Dose equivalente SI: Sievert (Sv) Outro: Rem Ler e analisar a tabela. Informar que na página 125 do nosso manual poderão encontrar mais referênicas a estas unidades, bem como as conversões entre estas e outras unidades. Sabias que?! Há um Festival Internacional de Filmes sobre Energia Nuclear a realizar-se todos os anos no Rio de Janeiro entre Maio e Junho. No seguinte link podes ver um vídeo sobre o festival: Química 12º

47 Radioatividade Ambiental
Sabias que?! A atividade do rádon equivale a 55% das radiações a que estamos sujeitos no meio ambiente. A libertação de material radioativo do reator leva à contaminação do ambiente, o que pode permitir o surgimento de cancros e a morte de seres vivos. Estas consequências, não se ficam pelas áreas adjacentes à central mas alastram-se por centenas de quilómetros. Analisar a imagem! [animação] mostrar animação: passar com o rato por cima dos ícons e ler, informando a turma dos perigos da radiação para o meio ambiente. Química 12º

48 Livros * Fórmula de Deus, José Rodrigues dos Santos; * Diário de Éve: Madame Curie; * Hiroxima, John Hersey. Fórmula de Deus, de José Rodrigues dos Santos. Achamos que este livro é uma excelente forma de mostrar que os enigmas mais misteriosos e perigosos do mundo nem sempre são relativos a descobertas nucleares. Este livro baseia-se na tentativa de desvandar uma fórmula de Einstein muito misteriosa e perigosa – os cientistas pensam logo que é a fórmula para a construção de uma bomba nuclear, mas na realidade trata-se da descoberta de uma coisa muito mais superior! Já agora, ha´um video no youtube feito pelo proprio autor a falar da temático do livro – é mt interessante e aconselhamos a ver antes de ler o livro: Diário de Éve. Madame Curie. – Este é o livro de onde retiramos aquelas expressões que foram aparecendo destacadas no nosso power point quando falamos da vida de Marie Curie. – Podem folheá-lo na biblioteca da nossaa escola. Hiroxima é um livro-reportagem do jornalista americano John Hersey. Hersey viajou ao Japão após a guerra para recontar a história e publicou a reportagem original na revista New Yorker, em O relato teve grande impacto na sociedade americana, já que o livro tem como base o relato de seis sobreviventes com os quais o autor contactou. Química 12º

49 Documentários * A última bomba atómica, EUA (2005); * URÂNIO 238, Peace Center; * Uranium Road, do diretor Theo Antonio (2007); * The Return of Navajo Boy , diretor Jeff Spitz; * Fight for Country do diretor Pip Starr; * Uranium do diretor canadense Magnus Isacsson. Trelativamente a documetarios há imensa coisa! Aqui estão alguns * A última bomba atómica, EUA (2005); * URÂNIO 238, documentário produzido para o San José Quaker Peace Center; * Uranium Road, do diretor Theo Antonio sobre a indústria nuclear da África do Sul (2007); * The Return of Navajo Boy dos EUA com o diretor Jeff Spitz sobre a mineração de urânio no território do povo indigena navajo; * Fight for Country do diretor Pip Starr sobre a luta dos aborígenes e ambientalistas contra uma grande mineração de urânio no norte de Austrália; * Uranium do diretor canadense Magnus Isacsson sobre a poluição radioativa feita pelas minas de urânio no Canadá. Química 12º

50 Filmes * Ameaça Subterrânea (ou Fire Down Below) com Steven Seagal, EUA (2004), Ocean Pictures, Direção de Rex Piano. * Ameaça Terrorista (ou Unthinkable), EUA (2010), Direção de Gregor Jordan. Bem, quanto filmes gostaríamos de falar de 2 apesar de haver imensos sobre o nosso tema, sendo que só vamos mostrar o trailer de um deles, por uma questão de tempo * Quanto ao primeiro: Jack Taggart (Steven Seagal) é um agente federal que cuida da proteção do meio-ambiente e teve seu melhor amigo morto por umas pessoas que, comandadas por Orin Hanner Sr. (Kris Kristofferson), um empresário corrupto, jogam lixo tóxico em uma bela região do Kentucky. Se este material atingir a água milhões de pessoas morrerão. Assim Taggart visita a cidade para tentar descobrir algo mas encontra um população hostil, que parece ter sido paga para guardar segredo. É ajudado apenas pelo padre (Levon Helm), por um velho e Sarah Kellogg (Marg Helgenberger), uma bela mulher evitada pelos moradores em razão de um fato mal explicado, por quem se sente atraído. Ele tenta encontrar onde os resíduos nucleares estão a ser depositados, para então prender o responsável. Este filme está compelto no youtube se quiserem ver online. * Quanto ao 2º filme que se encontra no slide: Sob constante ameaça terrorista, os EUA não podem baixar a guarda. Neste thriller psicológico, o país norte americano enfrentará um filho de sua própria nação, Younger (Michael Sheen), que se converteu ao islamismo e armou três bombas atômicas em diferentes cidades americanas. Apesar de Younger ser facilmente localizado e preso, ele não dá as coordenadas de onde as bombas estão. É quando entra em cena o investigador H (Samuel L. Jackson) e Helen (Carrie-Anne Moss) uma agente do FBI, que terão que pressionar o terrorista para descobrir a localização exata das bombas, numa corrida alucinante contra o tempo. Um thriller que irá te surpreender e te fazer pensar no inimaginável. Como este ultimo é o filme mais recente dos dois que optamos por falar, decidimos passar apenas so trailer deste: carragar sobre a imagem que diz “Ameaça terrorsita”” Química 12º

51 “A guerra é o aniquilamento da humanidade.”
Concluindo... “A guerra é o aniquilamento da humanidade.” Com este trabalho, sentimo-nos capazes de relacionar uma fonte de energia, que atualmente procura desenvolvimento com: os desastres mais recentes, a história de cientistas passados, o estudo e análise das emissões radioativas e as vantagens e desvantagens da radioatividade. Desta forma, os nossos objetivos iniciais se encontram cumpridos. As nossas principais dificuldades interligaram-se com a seleção da melhor informação, com a adaptação dos conceitos e conteúdos de forma a construir textos mais acessíveis e com a extensão do tema. Contudo, este trabalho permitiu que a nossa atenção fosse mobilizada para problemas atuais e futuros... Afinal de contas, nós “respiramos” radiação a qualquer momento: é através dela que reconhecemos a idade dos ossos dos dinossauros, que temos conhecimentos para tratar o cancro, que diagnosticamos ossos ou cavidades partidas... até a maior parte dos alimentos que comemos foram sujeitos a radição! Não obstante, tal como qualquer outra atividade humana existem limites: a radiação provoca desastres nucleares e lança resíduos para os ecossistemas... Como nos protegemos disto? Como impedimos que o mal continue? Valem a pena todas as vantagens dadas as desvantagens? O problema da radioatividade deve-se ao facto, tal como Einstein diria de que as nações não se resolvem a suprimir a guerra por uma ação conjunta, como não superam os conflitos por uma arbitragem pacífica e não baseiam o seu direito sobre a lei... elas se vêem inexoravelmente obrigadas a preparar a guerra. Participando da corrida geral dos armamentos e não querendo perder, concebem e executam os planos mais detestáveis. [clicar!] A guerra é o aniquilamento da humanidade. Isto é parte do Pronunciamento oficial do próprio Albert Einstein sobre o Projeto Manhattan (desenvolvimento de uma bomba atómica), em 1941. Assim, as inúmeras vantagens da radioatividade são ofuscadas pela ânsia do Homem de combater e ganhar. Química 12º

52 Trabalho realizado por:
Professora Luísa Esperança Trabalho realizado por: 12º C 2011/2012 Escola Secundária de Caldas das Taipas Química 12º