RADIOATIVIDADE

Considerações iniciais Radioatividade Considerações iniciais * Rutherford (Prêmio Nobel de Química – 1908) * Bohr (Prêmio Nobel de Física – 1922) * Chadwick (descobriu o NÊUTRON - 1932) - Aluno de Rutherford

Radioatividade Considerações iniciais * Röntgen Descobriu o raio-X * Becquerel (Prêmio Nobel de Física – 1903) - Estudando os raios-X, descobriu a radioatividade natural do Urânio * Pierre e Marie Curie (Prêmio Nobel de Química – 1911) - Dividiram o prêmio com Becquerel - Descobriram o Rádio e o Polônio * Frédéric Joliot e Irène Joliot-Curie (Nobel de Química – 1935) - Descobriram elementos artificiais radioativos: N-13, P-30, Si-27, Al-28.

A DESCOBERTA O fenômeno da radioatividade foi descoberto pelo físico francês Henri Becquerel, em 1896. Guardou sais de Urânio juntamente a chapas fotográficas Becquerel realizou diversos estudos e verificou que sais de urânio emitiam radiação e os chamou de raios-X por não saber do que se tratava, impressionando chapas fotográficas.

Histórico Henri Becquerel Wilhelm Röntgen Pierre e Marie Curie QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Histórico Henri Becquerel Imagem: Paul Nadar / United States Public Domain Imagem: Vitold Muratov /  Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Imagem: Nobel foundation / Public Domain Wilhelm Röntgen Pierre e Marie Curie

O que é radioatividade? Radioatividade é um fenômeno natural pelo qual os núcleos dos átomos de certos elementos emitem radiações espontaneamente de modo a adquiriram estabilidade. A Radioatividade provocará alterações no núcleo do átomo, fazendo-o com que se transforme em outros elementos e emita raios alfa, beta e gama.

Por que ocorre a radioatividade? A radioatividade natural ocorre, geralmente, com os átomos de números atômicos maiores que 82.  Os átomos radioativos tem uma instabilidade nuclear devido ao desbalanceamento ocorrido entre prótons e neutrons.

Radioatividade Experimento de Rutherford sobre o desvio das emissões radioativas naturais

Radioatividade Tipos de radiação e suas características * Partícula alfa (α) - Tem baixa velocidade comparada a velocidade da luz (20 000 Km/s). - 1ª Lei da Radioatividade – Frederick Soddy: * Partícula beta (β) - Tem alta velocidade, aproximadamente 270 000 Km/s - 2ª Lei da Radioatividade- Soddy Fajans- Russel: - Nêutrons (n): formadores de partícula Beta

Radioatividade Tipos de radiação e suas características * Radiação Gama (γ) - São ondas eletromagnéticas. - Velocidade igual a velocidade da luz (300 000 Km/s). - Não são representadas nas equações nucleares. * Raio X - São ondas eletromagnéticas idênticas aos raios gama. - Diferem apenas quanto à origem: raios gama: se originam dentro do núcleo atômico; raios X: têm origem fora do núcleo, na excitação dos elétrons. Curiosidade: O físico alemão Roentgen (pronúncia portuguesa: rêntguen) observou que saíam raios misteriosos de uma ampola de Crookes (físico inglês), capazes de atravessar folhas de papelão. Por isso, ele os chamou de raios “X”

LEIS DA RADIOATIVIDADE Lei de Soddy (emissão α): Quando um núcleo radioativo emite ma partícula α, o seu número atômico se reduz de 2 unidades e sua massa diminui 4 unidades.

LEIS DA RADIOATIVIDADE Lei de Soddy, Fajans, Russel (emissão β): Na emissão de uma partícula β, o número atômico do átomo em questão sofre um aumento em seu número atômico de uma unidade e sua massa não se altera.

Emissões radioativas Emissão α: Emissão : QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Emissões radioativas Emissão α: Emissão :

Poder de penetração QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Imagem: SEE-PE, Redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido. As partículas Alpha são paradas por uma folha de papel, enquanto as partículas Beta só são paradas por uma placa de alumínio. Já as partículas de radiação Gama penetram a matéria, sendo paradas completamente por uma parede de chumbo de 4 metros de espessura. Imagem: Alpha particles are stopped by a sheet of paper whilst beta particles halt to an aluminium plate. Gamma radiation is dampened when it penetrates matter. Gamma rays can be stopped from 4 meters of lead / Publi c Domain.

Radioatividade Penetração das radiações na matéria

MEIA-VIDA OU PERÍODO DE SEMIDESINTEGRAÇÃO Representado por P ou t , é definido como o tempo necessário para que metade dos átomos radioativos presentes numa amostra de um isótopo radioativo se desintegrem.

Cinética das emissões radioativas QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Cinética das emissões radioativas Tempo de meia-vida (t1/2) ou período de semi-desintegração (P)  Tempo necessário para que metade da quantidade de um radionuclídeo presente em uma amostra sofra decaimento radiativo. (massa inicial) mº mº/2 mº/4 mº/8 t 1/2 Imagem: SEE-PE

Radioatividade Decaimento radioativo: meia-vida

MEIA-VIDA OU PERÍODO DE SEMIDESINTEGRAÇÃO Pode-se calcular o tempo envolvido, a quantidade de massa ou o número de períodos através da fórmula abaixo: Em que: m = massa final após x períodos m0 = massa inicial x = número de períodos t = tempo total P = tempo de um período

Radioatividade Aplicações da radiação APLICAÇÕES EM MEDICINA Diagnóstico de doenças - Radioisótopo é ingerido para obter o mapeamento do organismo. - Iodo-131 = meia-vida 8 dias. - Absorvido pela glândula tireóide, onde se concentra. - Detector observa o quanto foi absorvido de iodo pela tireóide. - Obtêm-se um mapeamento da tireóide. - um radiodiagnóstico é feito por comparação com um mapa padrão de uma tireóide normal. Exemplo de radiodiagnóstico da tireóide usando I-131 - área mais brilhante indica maior concentração do I-131.

Radioatividade Aplicações da radiação APLICAÇÕES EM MEDICINA Radioterapia - Tratamento com fontes de irradiação. - Cobalto-60 (antes Césio-137): maior rendimento terapêutico. - Fonte é deslocada de dentro do cabeçote (Pb e aço inox), posição “segura” para a frente de um orifício, que permite a passagem de um feixe de radiação concentrado sobre a região a ser “tratada”. OBS.: outros radioisótopos utilizados: - Tecnécio (Tc-99): 6 h de meia-vida – cintilografias de rins, cérebro, pulmões, ossos. - Samário (Sm-153): 1,9 dias de meia-vida – injetado em pacientes com metástase óssea, como paliativo para a dor.

Radioatividade Aplicações da radiação APLICAÇÕES EM AGRICULTURA Acompanhamento do metabolismo das plantas - Planta absorve um traçador radioativo. - Coloca-se um filme sobre a região radioativa e revela-o. - Observa-se o que é preciso para elas crescerem, o que foi absorvido pelas raízes e folhas.

Radioatividade Aplicações da radiação CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS Exposição do alimento, embalado ou não, à radiação ionizante (radiação gama, raios-x ou feixe de elétrons). - Duas grandes vantagens podem ser destacadas: não altera a qualidade do alimento e não deixa resíduos tóxicos. - processo é realizado em uma instalação radiativa denominada Irradiador de Grande Porte, utilizando, na maioria dos casos, uma fonte de Co-60.

Radioatividade Aplicações da radiação DATAÇÃO DE FÓSSEIS Utilizado em arqueologia, envolve C-14 e K-40. - Carbono-14: todos os organismos são formados por carbono. - uma pequena quantidade de C-14 é constantemente absorvida; - organismos emitem CO2 com C-14, na mesma proporção. - este equilíbrio garante a constância de C-14 no organismo. - Morte: organismo pára de absorver C-14, só emite. - Meia-vida C-14: 5.715 anos

Radioatividade Fissão Núcleo é bombardeado com uma partícula acelerada e este se quebra em núcleos menores, mais estáveis, liberando energia. - Bomba atômica: Hiroshima e Nagasaki

Fissão nuclear QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Um átomo de urânio-235 absorve um nêutron, ocorrendo a fissão em dois novos átomos (fragmentos da fissão), soltando três novos neutrons e energia de ligação; Um desses nêutrons é absorvido por um átomo de urânio-238 e continua a reação. Outro nêutron é perdido, não colidindo com nada, continuando também a reação. Enquanto isso, o terceiro nêutron colide com um átomo de urânio-235, o qual, com a fissão, libera dois nêutrons e determinada energia de ligação; Ambos os nêutrons colidem com átomos de urânio-235; cada fissão libera entre dois e três neutrons; e assim por diante. Imagem: Fastfission / Public Domain

Bomba Atômica QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Imagem: SEE-PE, Redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

Radioatividade Bomba atômica 60 Kg U-235, 4.000 Kg; 3 m comprimento, 71 cm diâmetro; Devastação total raio 3 Km; Energia liberada = 15 mil ton. TNT Bomba atômica Coronel Paul W. Tibbets Junior, piloto do Enola Gay, o avião que soltou a bomba atômica em Hiroshima, acenando da cabine antes da decolagem. “Little Boy”, a bomba que foi lançada sobre Hiroshima, provocando a destruição da cidade, em agosto de 1945. O dispositivo atômico sendo posicionado para o primeiro teste nuclear em Alamogordo, Novo México, 1945.

Vítima da explosão atômica em Nagasaki, 1945. Radioatividade Bomba atômica Uma densa coluna de fumaça elevando-se a mais de 60 mil pés de altitude sobre o porto japonês de Nagasaki (3 dias depois). Era a segunda vez que se utilizava uma bomba atômica (“fet man”) durante a 2ª Guerra Mundial. Vítima da explosão atômica em Nagasaki, 1945.

Radioatividade Fusão Síntese (união) de núcleos formando um núcleo maior e mais estável, liberando muito mais energia. São necessárias elevadas temperaturas (100. 000. 000 °C). - Bomba de Hidrogênio

Fusão nuclear – nascimento e destruição QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Fusão nuclear – nascimento e destruição Imagem: I, Panoptik /  GNU Free Documentation License Três fases da reação de fusão nuclear: 1 - O deutério e o trítio são acelerados até uma velocidade que permita o início da reação; 2 - É criado um núcleo instável de He-5; 3 - Ocorre a ejeção de um nêutron e a expulsão de um núcleo de He-4.

QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Bomba de hidrogênio Essa arma nuclear americana foi testada por Ivy Mike em 31 de outubro de 1952 no Atol Enewetak (Pacífico). Foi o primeiro teste de arma termonuclear (bomba de hidrogênio.). Imagem: US Atomic Energy Commission / Public Domain.

Radioatividade Contaminação e irradiação * Contaminação * Irradiação - Presença indesejável de um material em determinado local, onde não deveria estar. * Irradiação - Exposição de um objeto ou de um corpo à irradiação, sem que haja contato direto com a fonte de radiação.

hemorragias dispersas Radioatividade Efeitos biológicos da radiação A curto prazo ou agudos A longo prazo ou tardios náuseas vômito perda de apetite perda de peso febre hemorragias dispersas queda de cabelo forte diarréia morte genéticos (mutações nas células reprodutoras) somáticos (aumento na incidência do câncer, anormalidade no desenvolvimento do embrião)

Radioatividade Reação em cadeia Em 2 de dezembro de 1942, o prêmio Nobel Enrico Fermi, físico ítalo-americano, foi o primeiro a conseguir uma reação em cadeia controlada da fissão nuclear e integrou o grupo que pesquisou sobre a bomba atômica.

Acidentes nucleares... QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Imagem: United States Department of Energy / Public Domain. Imagem: Ben Fairless /  Creative Commons - Atribuição 2.0 Genérica. 28/Março/1979: Three-Mile Island - EUA 26/Abril/1986: Chernobyl – Ucrânia

Consequências... QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Imagem: Onuka, Masami (尾糠政美) / Domínio Público. Vítima da bomba atômica de Hiroshima.

Perigo radioativo QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Imagem: TimVickers / Public Domain.

Brasil na era nuclear Angra-I e II no Rio de Janeiro; e QUÍMICA - 2º Ano Leis da Radioatividade Brasil na era nuclear Imagem: Sturm / Creative Commons Attribution 3.0 Unported. Imagem: André Koehne / GNU Free Documentation License Angra-I e II no Rio de Janeiro; e Reservas de urânio no Brasil.

Exercícios: 1. O iodo-125, variedade radioativa do iodo, com aplicações medicinais, tem meia-vida de 60 dias. Quantas gramas de iodo-125 restarão, após 6 meses, a partir de uma amostra contendo 2,00 gramas do radioisótopo? a) 1,50. P=60 DIAS b) 0,75. T = 6 MESES c) 0,25. T = P.X 180 = 60.X X = 3 d) 0,60. 2,0---1,0---0,5---0,25 e) 0,10.

2. O átomo 92U238 emite uma partícula alfa, originando um átomo do elemento X; este, por sua vez, emite uma partícula beta, originando um átomo do elemento Y. Podemos concluir que: a) Y tem número 91 e 143 nêutrons b) Y é isóbaro do urânio inicial c) Y tem número atômico 89 e número de massa 234 d) X tem número atômico 94 e número de massa 242 e) X e Y são isômeros.

92 U 239 X 2 α 4 + Y -1β 0 + 94 Pu 239 Calculando alfa: 239 = 4x + 239 x= 0 partículas alfa Calculando beta: 92= (0.2) -y + 94 y = 2 partículas beta

P = 5 400g—200g—100g – 50g – 25g –12,5g—6,25g Em 6h teremos 6,25 g do isótopo radioativo.

UEG/2005) De vilão a mocinho UEG/2005) De vilão a mocinho! Assim pode ser considerado o fenômeno da radioatividade. As radiações podem causar sérios danos biológicos. Produzem e são causadoras de leucemia e de câncer. Entretanto, em doses controladas, a radiação é utilizada para combater e, em alguns casos, eliminar essas doenças. Considerando-se a cinética das emissões radioativas, se a massa de um isótopo radioativo se reduz a 12,5% do valor inicial depois de um ano, e considerando-se que um ano tem exatamente 12 meses, então a meia-vida desse isótopo, em meses, é: 8 6 (c) 4 (d) 3 (e) 2 100%--50%--25%--12,5% P = 3 T= P. X 12 = 3.X X = 4 MESES

UNESP/2006) Um radioisótopo, para ser adequado para fins terapêuticos, deve possuir algumas qualidades, tais como: emitir radiação gama (alto poder de penetração) e meia-vida apropriada. Um dos isótopos usados é o tecnécio-99, que emite este tipo de radiação e apresenta meia-vida de 6 horas. Qual o tempo necessário para diminuir a emissão dessa radiação para 3,125 % da intensidade inicial? (a) 12 horas. (b) 18 horas. (c) 24 horas. (d) 30 horas. (e) 36 horas. P = 6h T =? 100%--50%--25%--12,5%--6,25%--3,125% X= 5 T = P . X T = 6 . 5 T = 30 horas