Radioatividade

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Published on March 14, 2014

Author: joannadepaoli

Source: slideshare.net

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Aula sobre alguns aspectos da radioatividade

Professora Joanna de Paoli

Joanna de Paoli • Emissão espontânea de partículas e/ou ondas eletromagnéticas de núcleos instáveis de átomos, dando origem a outros núcleos. Exemplo: urânio–235, o césio–137, o cobalto–60, o tório– 232 Conceito *Trata-se da presença de radiação acima dos valores encontrados no meio ambiente, uma vez que a radiação está presente em qualquer lugar do planeta.

Joanna de Paoli • Naturais: se formaram na mesma época da criação da Terra Exemplo: isotópo 92U238 • Sintéticos: podem ser criados mediante reações nucleares. Exemplo: isótopo tecnécio-99 metaestável, 99mTc, que se obtem por desintegração beta do 99Mo. Radioisótopos

Joanna de Paoli • 1895 – Roentgen descobre o raio-x utilizando tubo de raios catódicos. Histórico

Joanna de Paoli • Os aparelhos de Raios-X não são radioativos!! • Só emitem radiação quando estão ligados , isto é, em operação. • Em relação ao ser humano, os raios-X requerem os mesmos cuidados que a radiação gama e, por isso, não podem ser usados indiscriminadamente! Raio-X

Joanna de Paoli • 1896 - Becquerel descobre a radioatividade: emissão espontânea de radiação vindo do minério de Urânio. K2(UO2)(SO4)2 Histórico • 1897 - Casal Curie descobrem dois elementos radioativos: Polônio e o Rádio. • 1903 - Prêmio Nobel de física com Becquerel. • 1911 - Prêmio Nobel de química (apenas Marie).

Joanna de Paoli • Rutherford, entre outros, estudaram o comportamento das emissões radioativas. Experimento: caracterização da radioatividade

Joanna de Paoli • As partículas alfa foram atraídas pelo polo negativo, logo deveriam possuir carga positiva. • As partículas beta foram atraídas pelo polo positivo, logo deveriam possuir carga negativa. • As emissões gama não foram desviadas pelo campo elétrico, logo são radiações altamente energéticas, semelhante ao raio-x. Conclusões Placa negativa Placa positiva

Joanna de Paoli • Partículas alfa (2α4 ) = carregada positivamente e considerada uma partícula pesada possuindo 2 prótons e 2 nêutrons, ou seja, igual a um núcleo de um átomo de hélio • Partículas beta (-1β0 ) = carregada negativamente e considerada uma partícula leve = 1 elétron • Emissão gama (0γ0 ) = não possui carga elétrica nem massa sendo uma onda eletromagnética Constituição das Radiações

Joanna de Paoli Poder de Penetração α β γ PAPEL COBRE CONCRETOCHUMBO

Joanna de Paoli • Remoção completa de um ou mais elétrons de valência Poder de Ionização 2α4 0β-1 0γ0 >>

Joanna de Paoli • Efeitos Químicos: um exemplo é a decomposição dos sais de prata, existentes nas chapas fotográficas. • Efeitos Luminosos: muitos elementos radioativos são fluorescentes ou provocam a fluorescência em outras substâncias. Efeitos das Radiações Nucleares • Efeitos Térmicos: 1 g de rádio, por exemplo, libera cerca de 138 kcal/h. • Efeitos elétricos: as emissões radioativas ionizam o ar e gases de maneira geral, melhorando suas condutividades elétricas. • Efeitos Fisiológicos: as emissões radioativas podem causar queimaduras, ulcerações na pele, mutações genéticas, câncer, etc.

Joanna de Paoli • Contaminação por um composto radioativo é um processo químico de : - difusão desse composto no ar; - dissolução na água; - reação com outro composto ou substância; - entrada no corpo humano ou em outro tecido. • Estamos expostos sempre à radioatividade; 87% que recebemos tem origem natural, o restante provêm de tratamento médico, por exemplo, raio-X. Aplicações

Joanna de Paoli • Câmara de Wilson, que permite efetuar um traçado da trajetória das partículas radioativas num gás saturado de vapor de água; • Contador Geiger-Muller que determina o número de partículas radioativas que atravessam certa região do espaço; Método de Detecção • Câmaras de ionização que distinguem a passagem das partículas por meio de pulsos de carga elétrica que produzem nos dispositivos de detecção.

Joanna de Paoli Número Atômico (Z) • Identidade do átomo • Z = número de prótons (cargas positivas) Número de Massa (A) • Entidades do núcleo (prótons + nêutrons) • A = p + n Representação (usual) • ZXA Isótopos • Átomos de mesmo número atômico, mas número de massa diferente • Radioisótopo é o isótopo radioativo Revisando...

Joanna de Paoli 1ª Lei de Soddy • Quando um átomo emite uma partícula alfa (2α4), seu número atômico (Z) diminui duas unidades e o seu número de massa (A) diminui quatro unidades. Exemplo : Amerício decaindo a neptúnio 95Am241  4α 2 + 93Np237 Decaimento Radioativo

Joanna de Paoli 2ª Lei de Soddy • Quando um átomo emite uma partícula beta (-1β0), seu número atômico (Z) aumenta uma unidade e seu número de massa (A) permanece constante. Exemplo: Césio decaindo a bário 55Cs137  56Ba137 + -1β0 Decaimento Radioativo

Joanna de Paoli • A partícula beta é emitida quando um nêutron instável se desintegra convertendo-se em um próton. • O próton fica no núcleo e, como a massa do próton é praticamente igual à massa do nêutron, a massa total do núcleo atômico não se altera. (1 nêutron = 1 próton + 1 elétron + 1 neutrino) Refletindo... Como a partícula beta pode ser comparada a um elétron se ela é uma radiação nuclear?

Joanna de Paoli Radiação gama • Formada por ondas eletromagnéticas; que são emitidas por núcleos instáveis em seguida à emissão de uma partícula alfa ou beta, se os nuclídeos descendentes estiverem excitados. Exemplo: Decaimento do Disprósio 152Dy* ----> 152Dy + raio gama * A massa e o número atômico se preservam! • A emissão de uma onda eletromagnética (radiação gama) ajuda um núcleo instável a se estabilizar. Decaimento Radioativo

Joanna de Paoli Suponha um nuclídeo radioativo X de número atômico 90 e cujo número de massa seja 232. Suponha ainda que o referido nuclídeo emita sucessivamente uma partícula α seguida de duas emissões β e novamente uma emissão α. Ao final, determine a composição do núcleo do átomo resultante, evidenciando o número de nêutrons. Exemplo Resolução Esta seqüência deve ser a seguinte: 90X232 → 88Y228 + 2α4 88Y228 → 89R228 + 0β-1 89R228 → 90X228 + 0β-1 90X228 → 88Y224 + 2α4 Logo, o número de nêutrons do elemento Y é: N = A – P , logo N = 224 – 88 = 136

Joanna de Paoli Para que o átomo 86Rn222 se desintegre espontaneamente e origine um átomo de carga nuclear positiva 82 e contendo 124 nêutrons, quais os números de partículas α e β que deverão ser transmitidas, respectivamente? Exemplo Resolução Com 82 prótons e 124 nêutrons, o número de massa é igual a 206 A série que ilustra essas emissões radioativas são: 86Rn222 → 84Po218 + 2α4 84Po218 → 82Pb214 + 2α4 82Pb214 → 80Hg210 + 2α4 80Hg210 → 78Pt206 + 2α4 Resposta: 4 alfa e 4 beta 78Pt206 → 79Au206 + 0β-1 79Au206 → 80Hg206 + 0β-1 80Hg206 → 81Tl206 + 0β-1 81Tl206 → 82Pb206 + 0β-1

Joanna de Paoli Um átomo X, de número atômico 92 e número de massa 238, emite uma partícula alfa, transformando-se num átomo Y, o qual emite uma partícula beta, produzindo um átomo Z. Então: a) os átomos Y e X são isótopos. b) os átomos X e Z são isótonos. c) os átomos X e Y são isóbaros. d) o átomo Z possui 143 nêutrons. e) o átomo Y possui 92 prótons. Exercício 01

Joanna de Paoli Após algumas desintegrações sucessivas, o 90Th232, muito encontrado na orla marítima de Guarapari (ES), se transforma no 82Pb208. O número de partículas e 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 Exercício 02

Joanna de Paoli (ITA-SP) Considere as seguintes afirmações: I. A radioatividade foi descoberta por Marie Curie. II. A perda de uma partícula beta de um átomo de 33As75 forma um átomo de número atômico maior. III. A emissão de radiação gama a partir do núcleo de um átomo não altera o número atômico e o número de massa do átomo. IV. A desintegração de 88Ra226 a 83Po214 envolve a perda de 3 partículas alfa e de duas partículas beta. Das afirmações feitas, estão CORRETAS: a) apenas I e II. b) apenas I e III. c) apenas I e IV. d) apenas II e III. e) apenas II e IV. Exercício 03

Joanna de Paoli Os radiofármacos são utilizados em quantidades traços com a finalidade de diagnosticar patologias e disfunções do organismo. Alguns desses também podem ser aplicados na terapia de doenças como no tratamento de tumores radiossensíveis. A maioria dos procedimentos realizados atualmente em medicina nuclear tem finalidade diagnóstica, sendo o 99XTc (x=metaestável) o radionuclídeo mais utilizado na preparação desses radiofármacos. O 99Mo é o precursor desse importante radionuclídeo, cujo esquema de decaimento é apresentado a seguir: No esquema de decaimento, a radiação X e o nuclídeo Z e seu número de nêutrons são, respectivamente, a) gama, Ru e 55. b) gama, Mo e 57. c) beta, Rh e 54. d) alfa, Ru e 53. e) alfa, Rh e 54. Exercício 04

Joanna de Paoli Uma série radioativa consiste em um conjunto de radioisótopos que são formados a partir de um radioisótopo inicial, pela sucessiva emissão de partículas alfa e beta. Na série radioativa que se inicia com o 93Np237 e termina com o 83Bi209, o número de partículas e emitidas é de, respectivamente: a) 3 e 5 b) 7 e 4 c) 6 e 3 d) 5 e 2 e) 8 e 6 Exercício 05

Joanna de Paoli • É o período de tempo necessário para que a metade dos átomos presentes num elemento se desintegre. O tempo de meia vida é uma característica de cada isótopo radioativo e não depende da quantidade inicial do isótopo nem de fatores como pressão e temperatura. Tempo de meia vida (p)

Joanna de Paoli Tempo de meia vida • O tempo de desintegração de uma certa massa (ou certo número de átomos) de um radioisótopo pode ser calculado pela fórmula: t = x . P

Joanna de Paoli Curvas de Decaimento

Joanna de Paoli Aplicação

Joanna de Paoli Aplicação

Joanna de Paoli Carbono-14

Joanna de Paoli O 38Sr90 é um dos radiosótopos mais perigosos lançados em grande quantidade na atmosfera pelo acidente do reator nuclear de Chernobyl, em 1986. Sua meia-vida é de, aproximadamente, 28 anos. Supondo ser esse isótopo a única contaminação radioativa e sabendo que o local poderá ser considerado seguro quando a quantidade de 90Sr38 se reduzir, por desintegração, a 1/16 da quantidade inicialmente presente, o local poderá ser habitado novamente a partir do ano de? Exemplo Resolução Sabendo que a cada 28 anos a massa de estrôncio-90 decai a metade, depois de 4 meias-vidas, restará 1/16 da massa total, logo Tempo = 4 x 28 = 112 anos O acidente foi em 1986, somados 112, o local poderá ser habitado novamente em 2098.

Joanna de Paoli Exercício Resolvido A radioatividade é um fenômeno natural descoberto em 1896 por Henri Becquerel, analisando minérios de urânio como a petcheblenda [K2UO2(SO4)2]. Atualmente vários elementos naturais, não radioativos, podem tornar-se radioativos artificiais como o césio, iodo, cobalto, entre outros. A radioatividade é um fenômeno proveniente da instabilidade nuclear. Sobre o assunto acima, julgue os itens. 1- Os elementos radioativos surgiram em 1896. 2- Ao se transformar em cátion ou ânion o elemento natural torna-se radioativo. 3- A partícula α (alfa) por ser mais pesada do que a β (beta) possui menos poder de penetração. 4- A meia-vida do urânio vale, aproximadamente, 4,5 milhões de anos. Isto significa que daqui a aproximadamente 4,5 milhões de anos não existirão mais átomos de urânio. 5- Após a emissão de uma partícula α (alfa) e duas partículas β (beta), o átomo radioativo transforma-se em seu isótopo estável.

Joanna de Paoli 1- Errado: os elementos radioativos existem à milhões de anos. 2- Errado: cátions e ânions são íons que perdem e ganham elétrons. A radioatividade está relacionada com a instabilidade do núcleo. 3- Certo 4- Errado: esta meia-vida significa que a massa de urânio desintegra a sua metade neste período de 4,5 milhões de anos. 5- Errado: nada indica que será formado um isótopo estável após essas emissões Resolução

Joanna de Paoli Em 1897, Marie Sklodowska Curie chegou à conclusão de que a radioatividade é um fenômeno atômico. Uma amostra radioativa pode emitir as seguintes partículas: alfa (α), beta (β) e gama (γ). Em 1900, Becquerel observou que um elemento químico, ao emitir radiações, produzia outros elementos químicos. Julgue os itens. 1- O elemento tório de massa atômica 232 e número atômico 90 ao emitir 2 partículas alfa se transformou em um elemento X de A = 224 e Z = 86. 2- Na seguinte transformação atômica 92U238 → 82Pb206, ocorreram 8 emissões de partículas α e 4 β. 3- Um material tem meia-vida de 12 horas. Partindo de 200 g desse material, após 4 dias restarão 12,5 g de massa de átomos radioativos. Exercício Resolvido

Joanna de Paoli 1- Certo 2- Errado: com 8 emissões alfa, o número de massa diminuiria 32 unidades, sendo que o número de massa final seria de 206, não sendo alterado pelas 4 emissões beta. porém, o número atômico, com as emissões alfa diminuiriam 16 unidades e com as 4 emissões beta aumentaria 4 unidades, sendo que o número atômico final seria 80. 3- Errado: se a meia-vida é de 12 horas e se passam 4 dias, isto significa que se passaram 8 meias-vidas, logo restará 200 g → 100 g → 50 g → 25 g → 12,5 g → 6,25 g → 3,125 g → 1,565 g → 0,78 g Resolução

Joanna de Paoli Ao estudar a desintegração radioativa de um elemento, obteve-se uma meia-vida de 4 h. Se a massa inicial do elemento é 40 g, depois de 12 h, teremos (em gramas): a) 10 b) 5 c) 8 d) 16 e) 20 Exercício 06

Joanna de Paoli Têm-se 40g do isótopo Na-24. Sabendo-se que a meia-vida deste isótopo é igual a 15 horas, depois de 75 horas, qual o percentual de massa radioativa restante? a) 1,25% b) 12,5% c) 0,3125% d) 31,25% e) 3,125% Exercício 07

Joanna de Paoli Uma certa massa inicial do radioisótopo trítio reduz-se a 200 g em 36 anos. A mesma massa inicial leva 60 anos para se reduzir a 50 g. A meia-vida do trítio é igual a: a) 60 anos b) 36 anos c) 30 anos d) 18 anos e) 12 anos Exercício 08

Joanna de Paoli (ITA-SP) Qual o gráfico que apresenta a curva que melhor representa o decaimento de uma amostra contendo 10,0 g de um material radioativo ao longo dos anos? Exercício 09

Joanna de Paoli Por meio de estudos pormenorizados realizados por bioantropólogos mexicanos, constatou-se que as feições do fóssil humano mais antigo já encontrado no México eram muito parecidas com aborígines australianos. O fóssil em questão, com 12 mil anos, é o crânio conhecido como Mulher de Penón. A determinação da idade de um fóssil é baseada no decaimento radioativo do isótopo carbono-14, cujo tempo de meia vida é de aproximadamente 6000 anos. A percentagem de carbono-14 encontrada atualmente no fóssil em relação àquela contida no momento da morte é aproximadamente igual a: a) 25 % b) 37 % c) 50 % d) 75 % e) 90 % Exercício 10

Joanna de Paoli Fissão Nuclear • É a divisão de um núcleo atômico pesado e instável através do seu bombardeamento com nêutrons - obtendo núcleos menores, nêutrons e a liberação de uma quantidade enorme de energia. 92U235 + 0n1  56Ba142 + 36Kr91 + 3 0n1 + 4,6 . 109kcal • Os nêutrons liberados na reação, irão provocar a fissão de novos núcleos, liberando outros nêutrons, ocorrendo então uma reação em cadeia. Transmutação Nuclear

Joanna de Paoli • A fissão nuclear, além de gerar núcleos menores, libera nêutrons, como consequência, esses nêutrons atinjam outros núcleos, sucessivamente, liberando muita energia. Reação em cadeia

Joanna de Paoli • Consiste na eliminação do agente causador da fissão: o nêutron. • Alguns elementos, como boro, cádimo, carbono grafite, têm a propriedade de absorver nêutrons. • A grande aplicação do controle da reação de fissão nuclear em cadeia é nos reatores nucleares, para geração de energia elétrica. Controlar a reação em cadeia

Joanna de Paoli Conversão para energia elétrica • Numa usina hidroelétrica, converte-se em eletricidade a energia de movimentos de correntes de água. O dispositivo de conversão é formado por uma turbina acoplada a um gerador. • Na usina termelétrica, as pás são movidas por passagem de vapor, obtido pelo aquecimento de água. O calor pode ser gerado pela queima de óleo combustível, carvão mineral ou gás natural. Conhecendo...

Joanna de Paoli • Os reatores nucleares produzem energia elétrica, para a humanidade, que cada vez depende mais dela. Baterias nucleares são também utilizadas para propulsão de navios e submarinos Produção de Energia Elétrica

Joanna de Paoli • Devem ser segregados de acordo com a natureza física do material, em conformidade com a norma NE-6.05 do CNEN. • Rejeitos sólidos recipiente rígido. • Rejeitos líquidos frascos de até 2L. • Identificação. • Tratamento através do decaimento do elemento radioativo. Resíduos Radioativos

Joanna de Paoli

Joanna de Paoli Urânio enriquecido • A quantidade de urânio-235 (físsil e utilizado nas usinas e bombas nucleares) na natureza é muito pouca, encontrando uma maior quantidade do isótopo de urânio-238. • O processo físico de aumentar a concentração de urânio- 235, é conhecido como enriquecimento de urânio. • Porém se o grau de enriquecimento for muito alto (acima de 90%), pode ocorrer uma reação de cadeia descontrolada, gerando uma explosão (bomba atômica). • Por se tratar de tecnologias de purificação sofisticadas, os países que as detêm oferecem empecilhos para que outras nações tenham acesso.

Joanna de Paoli Fusão Nuclear • É a junção de dois ou mais núcleos atômicos produzindo um único núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia. Nas estrelas como o Sol, ocorre a contínua irradiação de energia (luz, calor, ultravioleta, etc.) proveniente da reação de fusão nuclear: 4 1H1  2He4 + outras partículas + energia Transmutação nuclear

Joanna de Paoli Chernobyl (atual Ucrânia) • 26 de abril de 1986 • Explosão de um reator nuclear espalhando uma nuvem contendo material radioativo por quase toda Europa. Acidentes Radioativos mais importantes

Joanna de Paoli Goiânia e o Césio-137 • 13 de setembro de 1987 • Maior acidente radiológico do mundo que envolveu o público comum • Catadores de lixo entram no instituto goiano de radioterapia e levam uma bomba de césio para vender como sucata Acidentes Radioativos mais importantes Ruas com focos de contaminação impedindo o acesso do público Cápsula onde estava armazenado o césio

Joanna de Paoli Fukushima Daiichi - Japão • 11 de março de 2011 • O Japão foi atingido por um terremoto de 9 graus na escala Richter seguido por um tsunami. • A maior parte das instalações industriais com riscos de explosões e liberação de produtos tóxicos, assim como a usina nuclear colapsaram imediatamente, causando milhares de mortes e dano ambiental ainda não totalmente quantificado. Acidentes Radioativos mais importantes

Joanna de Paoli

Joanna de Paoli • Os alimentos irradiados NÃO tornam-se contaminados ou radioativos. • Duas grandes vantagens podem ser destacadas: não altera a qualidade do alimento e não deixa resíduos tóxicos. Irradiação de Alimentos

Joanna de Paoli “Eu não sei com que armas a III Guerra Mundial acontecerá, mas a IV Guerra será lutada com paus e pedras” (Albert Einstein). Fim!

Joanna de Paoli Questão 01 – letra D Questão 02 – Letra A Questão 03 – Letra D Questão 04 – Letra B Questão 05 – Letra B Questão 06 – Letra B Questão 07 – Letra E Questão 08 – Letra E Questão 09 – Letra B Questão 10 – Letra A Gabarito

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