Radioatividade Natural

História da Radioatividade: 1869 – Ampola de Crookes e os raios catódicos 1897 – Thomson e os elétrons 1895 – Raios X de Röntgen 1896 – Becquerel e a fluorescência 1898 – Marie e Pierre Curie, o Polônio e o Rádio 1898 – Rutherford ... 1919 – Rutherford / Goldstein e o próton 1932 – Chadwick e o nêutron 1933 – Frederic Joliot Curie e Irène Joliot Curie 1935 – Enrico Fermi, Niels Bohr, Otto Hahn

Radioatividade

onda eletromagnética de alta energia Radioatividade Emissão Natureza Representação alfa núcleo de He 4α+2 beta elétron do núcleo 0β-1 gama onda eletromagnética de alta energia 0γ0

Radioatividade Nome da série 1º elemento Último elemento Identificaç. da série Tório Th – 232 Pb – 208 4n Netúnio Np – 237 Bi – 209 4n + 1 Urânio U – 238 Pb – 206 4n + 2 Actínio U – 235 Pb – 207 4n + 3

Radioatividade Cinética

Radioatividade Meia-vida ou período de semi-desintegração é o tempo depois do qual metade dos átomos da amostra se desintegra.

Radioatividade Meia-vida ou período de semi-desintegração

Radioatividade

Radioatividade N = N0 . 2n 2n = N0 . N Meia-vida ou período de semi-desintegração Que também pode ser escrito assim: O Prof. Rossoni vai deduzir as fórmulas através da lógica e através da P.G. N = N0 . 2n 2n = N0 . N

Radioatividade Meia-vida ou período de semi-desintegração 1. Uma amostra de 128 g. de um radioisótopo sofreu desintegração e sobrou apenas 2 g. Sabendo que sua meia-vida é de 30 min. Quanto tempo se passou? 2 horas e 30 min. 3 horas. 3 horas e 30 min. 4 horas. 4 horas e 30 min.

Radioatividade Meia-vida ou período de semi-desintegração 1. Uma amostra de 128 g. de um radioisótopo sofreu desintegração e sobrou apenas 2 g. Sabendo que sua meia-vida é de 30 min. Quanto tempo se passou? 2 horas e 30 min. 3 horas. 3 horas e 30 min. 4 horas. 4 horas e 30 min. 2n = mo/m = 128/2 = 64 = 26. 2n = 26. n = 6. Tempo: 6 x 30 min = 3 horas.

Radioatividade Datação por Carbono-14 Um ser vivo possui uma taxa de carbono-14 constante, 10 ppb. Essa taxa constante é devido ao ciclo biogeoquímico do carbono-14. Vamos analisá-lo:   As radiações cósmicas são produzidas no sol e entram na atmosfera terrestre. Na atmosfera as radiações produzem nêutrons energéticos na colisão com átomos. Esses nêutrons são capturados por átomos de nitrogênio que se transformam em carbono-14. O carbono-14 reage com o oxigênio do ar dando origem ao dióxido de carbono. O 14CO2 é absorvido pelas plantas através da fotossíntese.

Radioatividade  Ao tempo que uma planta absorve o 14CO2, alguns átomos de 14C vão se desintegrando, liberando uma partícula β e voltando a ser o nitrogênio de antes. Portanto a taxa de carbono-14 nos vegetais fica constante.   Os animais e as pessoas ingerem carbono-14 das plantas. Ao tempo que um ser vivo inger o 14C, alguns átomos de 14C vão se desintegrando, liberando uma partícula β e voltando a ser o nitrogênio de antes. Portanto a taxa de carbono-14 nos animais também fica constante.

Radioatividade

Radioatividade 4. Considere os seguintes materiais: I – artefato de bronze (confeccionados pela civilização inca). II – Mangueira centenária (que ainda produz frutos nas ruas de Belém do Pará). III – Corpo humano mumificado (encontrado em tubas do Egito antigo). O processo de datação, por carbono-14, é adequado para estimar a idade apenas: a) do material I. b) do material II. c) do material III. d) dos materiais I e III. e) dos materiais II e III.

Radioatividade 4. Considere os seguintes materiais: I – artefato de bronze (confeccionados pela civilização inca). II – Mangueira centenária (que ainda produz frutos nas ruas de Belém do Pará). III – Corpo humano mumificado (encontrado em tubas do Egito antigo). O processo de datação, por carbono-14, é adequado para estimar a idade apenas: a) do material I. b) do material II. c) do material III. d) dos materiais I e III. e) dos materiais II e III.

Radioatividade t1/2 = 0,69.Vm K.t1/2 = 0,69 Relações entre Meia-vida, K e Vm Meia-vida e Vida média: “a meia-vida é meia nove porcento da vida média” Meia-vida e Constante: - Como a constante é o inverso da vida média: t1/2 = 0,69.Vm K.t1/2 = 0,69

Radioatividade 7. Sabendo que a meia-vida do C14 é de 5700 anos. Qual a sua constante radioativa e sua vida média?

Radioatividade t1/2 = 0,69.Vm Vm = 1 . K 7. Sabendo que a meia-vida do C14 é de 5700 anos. Qual a sua constante radioativa e sua vida média? t1/2 = 0,69 . Vm Vm = t1/2 . 0,69 Vm = 5700 / 0,69 = 8261 anos K = 1 = 1 anos-1. Vm 8261 t1/2 = 0,69.Vm Vm = 1 . K

Radioatividade Artificial

Radioatividade Descoberta dos Prótons de Rutherford/Goldstein A primeira reação de transmutação artificial foi realizada por Rutherford em 1919. Ele colocou um pedaço de polônio dentro de uma ampola selada contendo apenas nitrogênio. Após algumas semanas constatou a presença de oxigênio dentro de ampola. 7N14 + +2α4  8O17 + 1p1.

Radioatividade Descoberta dos Nêutrons de Chadwick (1932) Em 1932, o físico inglês Sil James Chadwick descobre os nêutrons, nome devido a sua neutralidade. Uma placa de polônio foi justaposta a uma finíssima lâmina de Berílio e outra de parafina. 4Be9 + +2α4  6C12 + 0n1.

Radioatividade Irene Curie Joliot – Frederick Joliot (1934) Em 1934, o casal conseguiu produzir o primeiro elemento radioativo artificial bombardeando alumínio com partículas alfa, obtendo de natureza radioativa, o fósforo-30. Este é capaz de emitir pósitrons espontaneamente. 5B10 + +2α4  7N13 + 0n1. 7N13  6C13 + +1β0.

Radioatividade As transmutações produzidas são de vários tipos: 9Be4 + p –> 6Li3 + α. 9Be4 + p –> 8Li4 + d (dêuteron). 27Al13 + d –> 8Be4 + α. 209Bi83 + d –> 210Bi83 + p. 27Al13 + d –> 28Si14 + 1n0.

Radioatividade Como nêutrons não tem carga elétrica, são partículas bastante apropriadas e muito eficientes como agentes de transmutação, pois não são repelidas pelo núcleo. As transmutações produzidas por nêutrons são semelhantes às anteriores. 27Al13 + 1n0 –> 27Mg12 + 1p1. 16O8 + 1n0 –> 13C6 + 4α2.

Radioatividade Enrico Fermi – Fissão nuclear (1932-1939) Na fissão do urânio-235 os produtos mais freqüentes são os isótopos bário-142 e Criptônio-91 U235 + n –> U236 –> Ba142 + Kr91 + 3 n + ENERGIA   A energia liberada na fissão de 1g de urânio-235 é equivalente à liberada na explosão de 25 toneladas de TNT (trinitrotolueno)

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Radioatividade Detalhes importantes: a) o urânio-235, quando bombardeado por nêutron, sofre fissão nuclear originando dois átomos radiativos. b) cada átomo fissionado, produz átomos-fragmento de número de massa que podem variar de 72 a 158. Portanto, não se pode falar em apenas uma reação de fissão nuclear para o U-235. c) Além dos 2 átomos-fragmentos, libertam-se freqüentemente 2 ou 3 nêutrons em cada reação. Em média temos 2,5 nêutrons por fissão.

Radioatividade Detalhes importantes: d) Em cada fissão liberta-se espantosa quantidade de energia. Para justificar a tremenda quantidade de energia liberada, era plausível aceitar a equação de Einstein: E = m.c2. e) Portanto, os produtos da reação têm massa levemente menor que os mesmos componentes antes da fissão. Aplicação: usinas nucleares, submarinos nucleares e bomba atômica.

Radioatividade O urânio natural (referido como NU, do inglês, natural uranium) tem um teor de 235U (urânio 235) de 0,71 %.

Radioatividade Teor de 235U entre 0,71% e 20% é destinado ao combustível nuclear das centrais de produção de energia elétrica.

Submarino Nuclear – de 20% a 80%. Radioatividade Submarino Nuclear – de 20% a 80%.

Radioatividade Uso militar – de 80% a 90%.

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Radioatividade Fusão Nuclear É o processo inverso ao da fissão nuclear: consiste na união de dois núcleos de átomos, dando origem a outro núcleo. Esta reação nuclear se dá com uma liberação de energia ainda maior que a da fissão nuclear e constitui o princípio de funcionamento da bomba de hidrogênio. D + T –> He-4 + n D + D –> He-3 + n  

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Radioatividade Fusão Nuclear Há bombas de hidrogênio com poder de destruidor equivalente a 2 milhões de toneladas de TNT.   As reações de fusão nuclear são também chamadas reações termonucleares. Acredita-se que a energia solar seja proveniente da fusão de núcleos de átomos de hidrogênio, resultando em hélio. A análise espectral revela que, de fato, a nebulosa solar é constituída de hidrogênio e hélio.

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Radioatividade Fim Lista de exercícios liberada!