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7.1 O Núcleo Atómico 7.2 Radioactividade Capítulo 7 Marie Curie (1867-1934) e Pierre Curie (1859-1906)

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1 7.1 O Núcleo Atómico 7.2 Radioactividade Capítulo 7 Marie Curie ( ) e Pierre Curie ( )

2 7.1 O Núcleo Atómico 1911: Rutherford propôs a estrutura atómica com um núcleo massivo, ou seja, com uma carga positiva concentrada no centro do átomo O Raio do núcleo é 10 mil vezes menor que o raio do átomo, mas contém mais de 99,9 % da massa deste átomo 1932 é o ano que marca o início da Física Nuclear Moderna Em 1932 James Chadwick ( ) físico britânico e colaborador de Rutherford provou a existência do neutrão. Por esta descoberta, foi-lhe atribuído o Prémio Nobel de Física (1935). Ficou claro que essa partícula era óptima para explorar o interior do núcleo Descoberta do Neutrão Neutrões

3 Características Gerais do Núcleo Representação do núcleo O núcleo atómico é composto de dois tipos de partículas chamadas nucleões que são os: Protões - carga eléctrica positiva Neutrões - sem carga eléctrica Z - número atómico Z é igual ao número de protões do núcleo N - número de neutrões do núcleo A - número de massa é igual ao número de nucleões: A = N + Z Cada espécie nuclear com um dado Z e A é chamado de nuclídeo Protões Neutrões A única excepção é o núcleo do H que só tem um protão X - símbolo do elemento químico

4 Isômeros - núcleos num estado excitado com um tempo de decaimento longo (estado isomérico) - núcleo não estável Isóbaros - núcleos associados a elementos diferentes da tabela periódica mas com iguais números de massa, A Exemplo: núcleos de berílio (Z = 4, N = 6, A=10), boro (Z = 5, N = 5, A=10) e carbono (Z = 6, N = 4, A=10 ) são núcleos isóbaros Isótonos - núcleos associados a elementos diferentes da tabela periódica mas com mesmo número de neutrões (mesmo N) Isótopos: núcleos associados ao mesmo elemento da tabela periódica (mesmo Z) Exemplo: Hidrogénio (Z=1), temos isótopos com N=0 (A=1), N=1 (deutério) (A=2) e N=2 (trítio) (A=3) HidrogénioDeutério Trítio

5 A massa nuclear é expressa em unidades de massa atômica - u 1 u = = × 1027 kg = MeV/c 2 Corresponde a 1/12 massa de um átomo de carbono 12

6 Consideramos o núcleo como sendo aproximadamente uma esfera de raio R R ~r 0 A 1/3 onde r × 1015 m Usamos a unidade fentometro (ou fermi) 1 fm = m Volume do núcleo Tamanho e Forma dos Núcleos As formas de alguns núcleos afastam-se significativamente da forma esférica e devem ser consideradas elipsoidais ou, mesmo, com a forma de uma pêra Lítio V ~ A sugere que todos os núcleos têm aproximadamente a mesma densidade

7 A carta de nuclídeos apresenta os núcleos estáveis e radioactivos A interacção forte é a força que mantém a coesão dos protões e neutrões no núcleo atómico A linha de estabilidade representa os nuclídeos estáveis Para A 40, Z N Se A 40 (núcleos pesados, N > Z, porque força nuclear não depende do tipo de partícula que interage, se são protões (p) ou neutrões (n): nn, np, ou pp. Estabilidade Nuclear São mais estáveis: Protões se repelem entre si para distâncias > 1 fm

8 A distribuição de energia do núcleo tem uma estrutura de camadas similar à do átomo As camadas ficam completas de acordo com os números mágicos Z ou N = 2, 8, 20 28, 50, 82, 126 Exemplos:

9 Spin Nuclear e Momento Magnético O núcleo possui um momento angular intrínseco resultante dos spins individuais dos protões e dos neutrões I - número quântico chamado de spin nuclear I - pode ser inteiro ou semi-inteiro O Momento Angular do núcleo está associado ao Momento Magnético Nuclear

10 Energia de Ligação A massa do núcleo é sempre menor do que a soma das massas dos seus nucleões M H – massa atómica do hidrogénio M N – massa atómica do neutrão A energia de ligação é a energia que precisa ser adicionada a um núcleo para decompô-lo em suas componentes c – a velocidade da luz no vácuo – massa atómica do elemento

11 7.2 Radioactividade 1896, marcou o nascimento da Física Nuclear, quando Henry Becquerel descobriu a emissão de radiação por compostos de urânio Rutherford mostrou que a radiação era de três tipos: partículas alfa, partículas beta e raios gama Podemos ter também emissão de protões, neutrões - positrão - electrão Marie Curie e Pierre Curie descobriram o polonium and o radium em 1898

12 Alfa, Beta e Gama têm poderes de penetração diferentes papelmetalconcreto

13 Decaimento Radioactivo O número de núcleos radioactivos que decaem, por unidade de tempo (taxa de variação de N ) N – número de núcleos radioactivos é a constante de desintegração O sinal negativo indica que o número total de núcleos diminui com o tempo N - número de núcleos radioactivos remanescentes após um tempo t N o - número de núcleos radioactivos na amostra num tempo t = 0 Lei do decaimento radioactivo

14 Actividade (ou taxa de decaimento) onde e e Unidades da actividade radioactiva 1 becquerel = 1 Bq = 1 desintegração/s 1 curie = 1 Ci = 3,7 x desintegrações/s É o tempo necessário para que N ou A se desintegre a metade dos seus valores iniciais Meia-vida

15 N0N0

16 Datação com carbono - 14 O 14 C radioactivo é produzido na atmosfera da terra pelo bombardeamento de 14 N por neutrões produzidos pelos raios cósmicos Quando organismos morrem, a absorção de 14 C, na forma de CO 2, por plantas e animais, cessa, e a razão 14 C / 12 C (= R) diminui com o decaimento do 14 C A taxa de 14 C / 12 C para organismos vivos é da ordem de a mesma proporção encontrada na atmosfera A meia-vida do 14C é de 5730 anos Como taxa de 14 C / 12 C diminui depois que o organismo morre, compara-se esta taxa com a do organismo vivo e sabendo-se a meia-vida, pode-se determinar a idade do material.


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