Principais partículas radioativas e lei de Soddy

Partículas fundamentais e Leis de Soddy

A Radioatividade é um processo que está ligado diretamente ao núcleo do átomo, onde, ao final de uma  reação o núcleo sofre alteração. Ao contrário da reação química em que o núcleo permanece inalterado, sofrendo mudanças somente na eletrosfera do átomo.

O estudo da radioatividade abrange três campos de aplicação para fins pacíficos: médico, quando se aproveita sua capacidade de penetração e perfeita definição do feixe emitido para o tratamento de tumores e diversas doenças da pele e dos tecidos em geral; industrial, nas áreas de obtenção de energia nuclear mediante procedimentos de fissão ou ruptura de átomos pesados; e científico, para o qual fornece, com mecanismos de bombardeamento de átomos e aceleração de partículas, meios de aperfeiçoar o conhecimento sobre a estrutura da matéria nos níveis de organização subatômica, atômica e molecular.
Materiais radioativos são utilizados também na fabricação de substâncias fluorescentes e de relógios científicos, que se baseiam nos fundamentos da geocronologia e da cosmocronologia para obter medidas precisas de tempo, como datação de fósseis, por exemplo.

 

Em uma reação nuclear, ou seja, no processo da radioatividade, haverá alterações no núcleo do átomo, fazendo com que se transforme em outros elementos e emita radiações do tipo alfa, beta ou gama.

NATUREZA DAS RADIAÇÕES:

Partícula alfa ( 2 α 4 )  

  • apresentam carga (positiva) = + 2, isto é, o dobro da de 1 próton;
  • possuem massa = 4 (idêntica á dos núcleos de hélio (He - 2 prótons e 2 nêutrons);
  • são emitidas com grande velocidade (até um máximo de 30 000 km/s);
  • possuem grande energia, sendo porém barradas por uma folha de papel ou por uma lâmina de alumínio de 0,1 mm de espessura;
  • apresentam grande capacidade de ionizar gases (por remoção de elétrons deles).

 Partículas Beta ( – 1 β )

  • apresentam carga (negativa) -1;
  • são emitidas a velocidades muito altas, podendo chegar até próximo da velocidade da luz (300 000 km/s);
  • apresentam poder de penetração maior que as partículas alfa, sendo barradas por placas de aluminio de 5 mm de espessura ou de chumbo de 1 mm de espessura.

 Radiações gama ( 0γ0):

  • não apresentam carga elétrica;
  • são radiações semelhantes aos raios X, possuindo, porém, maior energia e menor comprimento de onda (λ= 0,5 a 100 pm);
  • têm velocidade igual à da luz (como todas as ondas eletromagnéticas);
  • têm grande poder de penetração, superior até a 15 cm de espessura no aço.

Obs.: utilizaremos ainda em nossos estudos as notações 0n1 (nêutron) e 1P1(próton)

Quadro resumo das principais partículas e suas caracteírsticas:.

Emissões radioativas naturais

Natureza

Velocidade relativa à da luz (c)

Poder de penetração relativo

Poder de ionização relativo

α

2 prótons +
2 nêutrons

5 a 10%

1

10 000

β

elétron

40 a 95%

100

100

γ

onda eletromagnética

100%

10 000

1

 

AS LEIS DA RADIOATIVIDADE

1ª LEI DA RADIOATIVIDADE (Frederick Soddy, 1911)

        “Quando um núcleo emite uma partícula alfa, seu número atômico diminui de duas unidades e seu número de massa diminui de quatro unidades”.

     Assim, temos:

             Z X A   →    2 α 4   +  Z – 2  Y A – 4  

 Exemplo:

           92U235     2 α 4   +  90Th231     

     Observe que as equações nucleares mantêm um balanço de massas e de cargas elétricas nucleares.

      Massa: 235 (nos reagentes) = 4 + 231(nos produtos)

      Carga: 92 (nos reagentes) = 2 + 90(nos produtos)

 

2ª LEI DA RADIOATIVIDADE (Soddy, Fajans, Russell)

 “Quando um núcleo emite uma partícula beta, seu número atômico aumenta de uma unidade e seu número de massa permanece inalterado”.

     Assim, temos:

            Z X A  → – 1 β +   Z + 1 Y A

 Exemplo:

         83 Bi 210   →   – 1 β  +  84 Po 210

    Lembrando que a equação mantém um equilíbrio de carga e massa.

     Massa: 210 (nos reagentes)= 0 + 210 (nos produtos)

     Carga: 83 (nos reagentes) = – 1 + 84 (nos produtos)

 

PARA VOCÊ TREINAR: 

Em 1902, Rutherford e Soddy descobriram a ocorrência da transmutação radioativa investigando o processo espontâneo:

                88 Ra 22686 Rn 222  +  A

A partícula X corresponde a um:

a) núcleo de hélio.

b) átomo de hidrogênio.

c) próton.

d) nêutron.

e) elétron.

Resolução: Segundo o que aprendemos com as Leis da radioatividade, deveremos ter um balanço de massas e de cargas elétricas nucleares.

      Massa: 226 (nos reagentes) = 222 + x (nos produtos)

      Carga: 88 (nos reagentes) = 86 + y (nos produtos)

Assim, teremos que x = 4 e y = 2. Logo, A é a partícula alfa, ou seja, núcleo de He.

 

EXERCÍCIOS PARA VOCÊ CRESCER E FICAR FORTE:

01. Após algumas desintegrações sucessivas, o 90Th232, muito encontrado na orla marítima de Guarapari (ES), se transforma no 82Pb208. O número de partículas alfa e beta emitidas nessa transformação foi, respectivamente, de:

a) 6 e 4

b) 6 e 5

c) 5 e 6

d) 4 e 6

e) 3 e 3

02. Glenn T. Seaborg é um renomado cientista que foi agraciado com o Prêmio Nobel de Química de 1951 por seus trabalhos em radioquímica. Em 1974 foi sintetizado, nos Estados Unidos, o elemento de número atômico 106 que, em sua homenagem, teve como nome proposto Seaborgium (106Sg), ainda não homologado. O bombardeio do 98Cf249 por um elemento X produz o 106Sg263 e 4 nêutrons.

Determine o número atômico e o número de massa do elemento X.

03. Um radioisótopo emite uma partícula alfa e posteriormente uma partícula beta, obtendo-se ao final o elemento 91Pa234. O número de massa e o número atômico do radioisótopo original são, respectivamente:

a) 238 e 92.

b) 237 e 92.

c) 234 e 90.

d) 92 e 238.

e) 92 e 237.

04.(UFRJ) A tabela a seguir apresenta os tempos de meia-vida de diversos radioisótopos:

 

O metal alcalino-terroso relacionado na tabela emite uma partícula alfa.

Determine o número de nêutrons do produto dessa desintegração.

05.(UERJ) O reator atômico instalado no município de Angra dos Reis é do tipo PWR - Reator de Água Pressurizada. O seu princípio básico consiste em obter energia através do fenômeno "fissão nuclear", em que ocorre a ruptura de núcleos pesados em outros mais leves, liberando grande quantidade de energia. Esse fenômeno pode ser representado pela seguinte equação nuclear:

0n1 + 92U23555Cs144 + T + 2 0n1  + energia

Os números atômicos e de massa do elemento T estão respectivamente indicados na seguinte alternativa:

a) 27 e 91

b) 37 e 90

c) 39 e 92

d) 43 e 93

 

EXERCÍCIOS PARA APROFUNDAR OS SEUS CONHECIMENTOS:

01. Um átomo de 92U238 emite uma partícula alfa, transformando-se num elemento X, que por sua vez, emite uma partícula beta, dando o elemento Y, com número atômico e número de massa respectivamente iguais a:

a) 92 e 234

b) 91 e 234

c) 90 e 234

d) 90 e 238

e) 89 e 238

 

02.(UFRJ) O físico brasileiro Cesar Lattes desenvolveu importantes pesquisas com emulsões nucleares contendo átomos de boro (5B10) bombardeados por nêutrons.

Quando um nêutron, em grande velocidade, atinge o núcleo de um átomo de 5B10 e é por ele absorvido, dá origem a dois átomos de um certo elemento químico e a um átomo de trítio (1H3).

Identifique esse elemento químico, indicando seu número atômico e seu número de massa.

03. A concentração de carbono 14 nos seres vivos e na atmosfera é de 10 ppb (partes por bilhão). Esta concentração é mantida constante graças às reações nucleares representadas a seguir, que ocorrem com a mesma velocidade.

N14 + 0n1 → C14 + X

ocorre nas camadas mais altas da atmosfera

C14 → N14 + Y

ocorre na camadas mais baixas da atmosfera e nos seres vivos

Identifique as partículas X e Y.

04. Nos produtos de fissão do urânio 235, já foram identificados mais de duzentos isótopos pertencentes a 35 elementos diferentes. Muitos deles emitem radiação alfa, beta e gama, representando um risco à população. Dentre os muitos nuclídeos presentes no lixo nuclear, podemos destacar o137Cs (Césio 137), responsável pelo acidente ocorrido em Goiânia. Partindo do 137I,  quantas e de que tipo serão as partículas radioativas emitidas até se obter o Cs-137?

a) 1 partícula β

b) 1 partícula α

c) 2 partículas β

d) 2 partícula α

e) 2 partículas gama

05. Para que o átomo de 86Rn222 se desintegre espontaneamente e origine um átomo de carga nuclear 82(+), contendo 124 nêutrons, os números de partículas alfa e beta que deverão ser transmitidas, respectivamente, são

a) 2 e 2.

b) 1 e 1.

c) 2 e 1.

d) 4 e 4.

e) 4 e 2.

 

GABARITO:

EXERCÍCIOS PARA VOCÊ CRESCER E FICAR FORTE:

01. [A]

02. Z = 8 ; A = 18

03.[A]

04. 133 nêutrons

05.[B]

 

EXERCÍCIOS PARA APROFUNDAR OS SEUS CONHECIMENTOS:

01. [B]

02. Hélio - 2He4

03.

X=Próton

Y=partícula Beta

04.[C]

05.[D]

 

 

GABARITO COMENTADO:

EXERCÍCIOS PARA VOCÊ CRESCER E FICAR FORTE:

01.[A]  90Th232 82Pb208 +  6 2 α 4+ 4 – 1 β

02. 98Cf249  → 106Sg263 + 4 0n1. Logo, 8X18

03. 92X23891Pa234  + 2 aα 4  + – 1 β  

04. 133 nêutrons

05. 0n1 + 92U23555Cs144 + 37T90 + 2 0n1  + energia

 

EXERCÍCIOS PARA APROFUNDAR OS SEUS CONHECIMENTOS:

01. 92U23890X234 2 α 4

90X234 91Y234  + – 1 β

02. 5B10 +0n11H3 + 2X. Logo X = 2 α 4 =>He

03.

7N14 + 0n16C14 + X                          X =  1 P

6C147N14 + Y                    Y =– 1 β

04. 137I53137Cs55 + 2 – 1 β

05. 82X  contendo 124 nêutrons, ou seja, A massa será 206. Logo, teremos:

86Rn222 →  82X206  + 4 2 α 4 + 4 – 1 b

 

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