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Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Prof. Dr. Ary da Silva Maia.

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1 Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Prof. Dr. Ary da Silva Maia

2 QUÍMICA NUCLEAR: A Descoberta do Núcleo Atômico: Modelo de Rutherford (1911) Modelo de Thomson: previa deflexão pequena das partículas Ago Prof. Dr. Ary Maia

3 QUÍMICA NUCLEAR: A Descoberta do Núcleo Atômico: Modelo de Rutherford (1911) Ago Prof. Dr. Ary Maia 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.

4 QUÍMICA NUCLEAR: As Forças do Universo: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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 !

5 QUÍMICA NUCLEAR: As Forças do Universo: Ago Prof. Dr. Ary Maia

6 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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: A = Z + N Símbolo:

7 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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 70).

8 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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.

9 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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. 14 Si 30, 15 P 32, 16 S 34, 17 Cl 36, 18 Ar 38.

10 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Tabela de Nuclídeos:

11 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Tabela de Nuclídeos:

12 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia

13 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Tabela de Nuclídeos e as Emissões Radioativas:

14 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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.

15 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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.

16 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Reações Nucleares: Decaimento radioativo (radioatividade) é o processo natural de eliminação de partículas para se alcançar um núcleo mais estável. estáveis radioativos

17 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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.

18 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Reações Nucleares: O decaimento alfa : No decaimento alfa o núcleo X, emite uma partícula alfa (núcleo de 4 He, dois prótons e dois nêutrons) transformando-se no núcleo Y : Q = 4,25 MeV.

19 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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 anti- neutrino, 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:

20 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Reações Nucleares: Famílias ou Séries Radioativas:

21 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia 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: Onde é chamada de constante de decaimento radioativo.

22 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Reações Nucleares: Cinética do Decaimento Radioativo: Integrando de t = 0 (quando temos N 0 núcleos radioativos não desintegrados) a t (quando nos restam N núcleos): Logo, ou ainda,

23 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 utiliza-se também o curie, definido por: 1 curie = 1 Ci = 3,7 x Bq QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Reações Nucleares: Cinética do Decaimento Radioativo:

24 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Reações Nucleares: Meia Vida: Tempo necessário para que N e R caiam a metade do valor inicial: Tomando o ln temos: ou

25 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia Reações Nucleares: Vida Média: Definida como a soma das idades de todos os átomos, dividida pelo número total de átomos:

26 QUÍMICA NUCLEAR: Ago Prof. Dr. Ary Maia O decaimento do 14 C é utilizado para datar amostras orgânicas uma vez que a razão entre o 14 C e o 12 C na nossa atmosfera é de 1,3 x (O 14 C 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 14 C 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. Datação radioativa:

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