Radioquímica

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.

Spins intrínsecos : ±½ Movimentos orbitais: A impar : A par: 0 , 1 , 2 , 3, .... Exemplos :

Camadas Fechadas Estabilidade associada com certos números de protões e neutrões. 2 , 8 , 28 , 58 , 50 , 82 ,126 – Números mágicos 126 – Mágico só para neutrões

Oxigénio ( z = 8 ) 1º elemento com 3 isótopos estáveis. Cálcio ( z = 20 ) Tem 6 isótopos estáveis. Estanho ( z = 50 ) possui mais isótopos estáveis do que qualquer outro elemento. N = 20 , 28 , 50 5 isótonos (N=k) estáveis. N = 82 único valor de N, com mais de 5 isótonos estáveis ( 7 ).

Altas abundâncias naturais para : Alguns nuclídeos têm Z e N mágicos ( duplamente mágicos ). Um paralelo com as camadas electrónicas fechadas dos gases raros ( 2 , 10 , 18 , 36 , 54 e 86 ): princípio de exclusão de Pauli.

Dimensões e forma do núcleo Rutherford (1911) – Espalhamento da partículas - : primeiras informações sobre as dimensões do núcleo. Diâmetro do núcleo = 1/104 Diâmetro do átomo Diferentes métodos: valores diferentes para o raio do núcleo: os limites do núcleo não são bem definidos. Raio nuclear: corresponde ao “range” das forças nucleares. Diâmetro do átomo

Volume do núcleo: proporcional a A: todos os núcleos possuem a mesma densidade média: Forma do núcleo : não é necessariamente esférica (os núcleos pares são esféricos ). “ Oblate “ – oblato , achatado nos pólos. “ Prolate “ – estendido , alongado nos pólos ( bola de Rugby ). 1,2.1014g/cm3

Homogeneidade – os núcleos não são homogéneos. Possuem um “core” central, quase homogéneo, circundado por uma camada externa, em que a densidade cai a zero.

Distância Radial ( Fermis ) Centro do Núcleo Mg ( Z = 12 ) Distância Radial ( Fermis ) Distribuição de carga num núcleo “grande” e num “pequeno”. Densidade Carga de Bi ( Z = 83 ) 5 5 10 10

Propriedades do núcleo atómico Distribuição relativa da carga 1.5 d 1 d=“skin thickness” Forças Nucleares caem de 90% para 10% c 0.5 2 4 6 8 10 Raio r (10-13 cm)

Propriedades do núcleo atómico Desnsidade de carga(1019 Coulomb cm3) Propriedades do núcleo atómico 3 2 1 He Mg In Br Co 2 4 6 8 10 Distancia do centro (do núcleo) (10-13cm)

Raio do Núcleo Teoria do espalhamento de partículas - pela matéria: novo modelo atómico. Rutherford: deflexão de uma partícula a de um ângulo grande: único encontro com o átomo e não espalhamentos múltiplos: campo eléctrico intenso de carga positiva no núcleo. Força electrostática entre o núcleo e a partícula - a (cargas pontuais):



Aparelho de Geiger e Marsden para o estudo da dispersão de partículas

Fração de partículas espalhadas de um ângulo f : Fórmula para a deflexão: considerações geométricas e físicas (leis da conservação da energia e da quantidade de movimento angular). Fração de partículas espalhadas de um ângulo f :

N( ) nº de partículas espalhadas por unidade de área ( tela de ZnS ). n0 nº de partículas incidentes. t espessura do material espalhador. N nº de núcleos / unidade de volume do material espalhador. velocidade inicial da partícula -. Massa r distância da partícula –  a um núcleo.

Conservação da energia: Massa= M  Carga = 2 e Velocidade = V Distancia do núcleo d, veloc v'  Partícula  Conservação da energia: .

Distância mínima d0:

Velocidade de partículas  naturais: 1,3x109 a 1,9x109 cm/s Elementos leves: desvios do espalhamento de Rutherford - distância às quais as forças repulsivas parecem se tornar menores do que o previsto pela lei de Coulomb raios nucleares.

Elementos pesados: não se observaram desvios nas previsões da fórmula de espalhamento (com partículas -  naturais). Os núcleos possuem raios não maiores que os valores calculados. Com partículas -  de energias mais altas do que as de fontes naturais foram observados desvios da Lei de Coulomb para elementos pesados. Outros métodos de determinação: absorção e espalhamento de neutrões rápidos. C  3.8 . 10-13 cm Bi  8 . 10-13 cm

ro  constante independente de A Teoria da emissão de partículas : R= 8,4 a 9,8 . 10-13 cm para os raios de núcleos - emissores com A>208. Os resultados globais podem ser representados pela fórmula empírica : R= r0 A1/3 ro  constante independente de A

1,6 F com reacções com partículas carregadas. r0 = 1,4 F com neutrões rápidos 1,3 F com decaimento -  1,6 F com reacções com partículas carregadas. Conclusão: os volumes nucleares são praticamente proporcionais às massas nucleares ou seja, todos os núcleos possuem aproximadamente a mesma densidade. A D núcleo = 4/3  r3 NA NA = 6,022 . 1023 mol-1 D = 1,2 . 1014 gcm-3

 secção de choque de (n,) para N.T. * sessão de choque para neutrões de reactor.  secção de choque de (n,) para N.T. f (efe) secção de choque de fissão para N.T. abs secção de choque de absorção.  ( n,p ) secção de choque ( n,p ).  ( n, ) secção de choque ( n, ).

Radioatividade

Radioatividade Um núcleo será radioativo se a sua massa é maior que a soma das massas dos nuclídeos a que dá origem Unidades de radioatividade: - unidade do SI: becquerel (Bq) 1 Bq = 1 decaimento/s 1 curie (Ci) (unidade antiga): 1 Ci = 3.7 x 1010 Bq; 1 Ci = razão de desintegração de 1g de Ra

Entre 1898 e 1900, Ernst Rutherford e Paul Villard descobriram que a emissão radioativa pode ser de 3 tipos.

A radioatividade - um núcleo instável emite espontaneamente partículas ou ondas, transformando-se em outro núcleo mais estável.

- A reação nuclear é denominada decomposição radioactiva ou decaimento. - As entidades emitidas pelo núcleo são denominadas de radiações.

O fenómeno da radioatividade é exclusivamente nuclear. não é afetado por nenhum fator, físico ou químico.

Tipos de Radiação

A Radiação Alfa AZ ➔ A-4(Z-2) + 4He (α) 2 protões + 2 neutrões

A Radiação Beta

A Radiação Beta Hipótese de Fermi

Estabilidade e efeito de túnel Se é energeticamente favorável para um núcleo sofrer um decaimento alfa porque é que tal não ocorre imediatamente ? - Barreira de energia

A Radiação Gama Radiação electromagnética

Decaimento gama – Um núcleo num estado excitado emite um ou mais raios gama, passando a um estado de menor energia

E L E T R O M A G N E T I C O E S P E C T R O

Poder de Penetração 