Radioquímica.

Apresentação em tema: "Radioquímica."— Transcrição da apresentação:

1 Radioquímica

2 Radioquímica Utilização de radioelementos ou radiações nucleares.
Química das Radiações Química Nuclear: estudo da estrutura dos núcleos instáveis e estáveis e das reações nucleares

3 Radioquímica Está incluída no campo da Química Nuclear, que também engloba: Reacções Nucleares Radioelementos Química das Radiações Aplicações de marcadores radioactivos

4 Radioquímica - ramos principais:
Química Nuclear: estudo do núcleo por métodos químicos. Química de radiomarcadores - aplicações químicas das substâncias radioactivas. Química das transformações nucleares (hot atom chemistry). Química das Radiações

5 Definições (Ehmann & Vance)
Química Nuclear: aplicações de procedimentos e técnicas comuns á química para estudar a estrutura do núcleo e definir a natureza das partículas fundamentais Radioquímica: aplicação do fenómeno do decaimento radioativo e técnicas comuns á física nuclear para resolver problemas no campo da química

6 Radioquímica-Aplicações
Estudos de mecanismos de reação Medicina Nuclear e Radiofarmácia: p.e. produção de 99mTc e 131I Estudos de processos de equilíbrio: difusão líquido-líquido; formação de complexos; reações de troca isotópica Aplicações em Química Analítica : análise por activação com neutrões (ativação neutrónica); desenvolvimento de métodos de separação radioquímica

7 PRINCÍPIO BÁSICO: Isótopo Estável Partícula incidente Isótopo
Radioativo Partículas emitidas + + (n, p, a, g…) (n, p, a, g…) Medida das radiações emitidas

8 O Núcleo Atómico Importância de A (número de massa).
Nuclídeo: espécie de átomo caracterizado pela constituição do seu núcleo, em particular por seu número de protões (P) e de neutrões (N). Isótopos: mesmo Z (número atómico). Isóbaros: mesmo A (número de massa). Isótonos: mesmo N (número de neutrões). Comportamento nuclear vs estado químico. Tabela de nuclídeos.

9 NUCLÍDEOS Espécies de átomos caracterizados pela constituição do seu núcleo, em particular pelo seu número de protões e de neutrões. Dos 111 elementos químicos usuais, 81 possuem isótopos estáveis, sendo o Bi (Z=83) o mais pesado.

10 NUCLIDEOS Os isótopos dos 28 elementos restantes são radioactivos. O U (Z=92) é o mais pesado dos que ocorrem na natureza. Cerca de 2000 nuclídeos já foram identificados. Desses, somente 264 nuclídeos são estáveis, sendo os restantes radioactivos.

11 Tipos de Nuclídeos Isótopos - Possuem o mesmo número de protões
(Z= constante) mas diferentes números de massa e diferentes números de neutrões. Ex: Isóbaros - Possuem o mesmo número de nucleões (A = constante). Pertencem a diferentes elementos químicos.

12 Isótonos - Possuem o mesmo número de neutrões
Ex: Isodiáferos - Possuem o mesmo excesso de neutrões relativamente aos protões (A-2Z=N-Z=constante).

13 Isómeros ou Nuclídeos Isoméricos
Não diferem no número de protões ou de neutrões, mas somente no estado energético do núcleo. Estado fundamental - estado de energia mais baixo. Isómero de meia vida muito curta estado excitado. Meias vidas maiores estados meta-estáveis.

14 Nuclídeo isomérico em estado de energia mais alto que o estado fundamental libertação de energia geralmente por emissão de radiação . g=ground state

15 Classificação dos Nuclídeos
Nuclídeos estáveis - não sofrem decaimento radioativo: são 264 atualmente; Ex: 12C, 16O Radionuclídeos naturais primários - existem desde a origem do sistema solar; Ex: 238U , 40K, 87Rb Radionuclídeos naturais secundários - produzidos pelo decaimento dos anteriores; Ex: 226Ra,234Th (“filhos “do 238U) Radionuclídeos naturais “induzidos”: produzidos pela Acão dos raios cósmicos na atmosfera; Ex: 3H ,14C Radionuclídeos artificiais: produzidos pelo homem, em reações nucleares: cerca de 2000 são conhecidos

16 Energia de Ligação do Núcleo
Energia de ligação nuclear total: energia libertada no processo hipotético de reunir Z protões e N neutrões para formar um núcleo. E = mc2

17 Unidades de energia em física nuclear.
Energia de ligação: ~ proporcional a A. Energia de ligação/nucleão (MeV/nucleão). Cálculo da energia de ligação/nucleão para o 4He.

18 Unidades de energia – o eletrão-volt
Eletrão-volt: variação de energia cinética do eletrão, quando a diferença de potencial for de 1 volt. + -

19

20 9 8 Energia de Ligação Por Nucleão (MeV) 7 6 50 100 150 200 250 Número de Massa

21 Diferença entre as EL/nucleão para nuclídeos estáveis e radioativos.

22 Definições de Estabilidade
Não se deteta radioatividade. Não há transformação em outro nuclídeo. Sistema nuclear é estável em relação a outro quando a diferença de energia é negativa: massa em repouso do primeiro é menor que a do segundo.

23 Definições de Estabilidade
Ex: 4He é mais estável do que os seus constituintes isolados. 235U é instável em relação ao sistema 231Th + 4He 235U 231Th + 4He

24 Características das Forças Nucleares
Atracção gravitacional – fraca Força electrostática – protões ( repulsão ) Características das Forças Nucleares Alcance muito curto: experiências de bombardeamento com partículas elementares e a partir das propriedades do deuterão.

25 Distância a partir do centro do núcleo (Fermi = 10-15 m)
- A atracção transforma-se em repulsão com uma maior aproximação (semelhança com Forças de Van der Waals ). Distância a partir do centro do núcleo (Fermi = m) Barreira coulombiana Neutrão E pot = o o o o Neutrão Protão “Poço de potencial”

26 Independência da carga – a força é de mesma magnitude para 2 protões, 1 protão e um neutrão ou 2 neutrões. - Saturação das forças nucleares : Interacções possíveis entre pares de nucleões:

27 Energia da ligação: - proporcional a A
- Semelhança com as forças de valência. - Repulsões Coulombianas (protões): não mostram saturação. - São aproximadamente proporcionais ao número de protões que interagem:

28 Consequência : -Queda suave na energia de ligação/nucleão para núcleos pesados. - Dependem do estado quântico do sistema. Estado estável do deuterão: neutrão e protão com spins paralelos. Experiência de espalhamento : interação de 2 nucleões depende de sua quantidade de movimento angular relativa.

29 Sistemática dos Núcleos Estáveis
Nuclídeos estáveis: formam uma banda através da tabela de nuclídeos. Parte inferior: associada c / Z = N (4He, 16O) -até o 40Ca (Z=N=20) último nuclídeo estável com Z = N - A partir daí: N / Z > 1

30 Sistemática dos Núcleos Estáveis
Nuclídeo estável mais pesado (209Bi), Z= N=126 N / Z = 1.52 Excesso de neutrões: compensação para repulsão Coulombiana. Equação da linha de estabilidade: N ~= Z para os nuclídeos leves.

31 Lado Rico em N() N=Z Lado Rico em protões (+) Z=20 Z=28 Z=82 Z=50
110 90 N N=82 Lado Rico em N() 70 N=Z 50 N=50 Lado Rico em protões (+) 30 N=28 N=20 10 N=8 N=2 10 20 30 40 50 60 70 80 Z

32 Efeito par - ímpar Nenhum elemento com Z ímpar, possui mais do que dois isótopos estáveis. Elementos com Z par possuem até 10. Categorias de Nuclídeos Z – par, N – par – 144 Z – impar, N – ímpar – 4 Z - par , N ímpar – 55 Z - ímpar , N par – 50 - A formação de pares de protões e de neutrões conduz à estabilidade.

33 Nucleões : possuem spin e quantidade de movimento
orbital. Spins dos nucleões : + ½ , - ½ Quantidade de movimento angular total : I I = L + S L orbital S spi A quantidade de movimento angular é normalmente chamada de spin nuclear Estado fundamental: tem spin diferente de um no estado excitado.