Radioatividade (Monstro)

1. ESTUDO DAS RADIAÇÕES

2. É a propriedade que os núcleos instáveis possuem de emitir partículas e radiações eletromagnéticas, para se tornarem estáveis A radioatividade natural ocorre, geralmente, com os átomos de números atômicos maiores que 82 A reação que ocorre nestas condições, isto é, alterando o núcleo do átomo chama-se REAÇÃO NUCLEAR

3. tipos de emissões radioativas

4. emissões alfa (   ) São partículas constituídas por 2 PRÓTONS e 2 NÊUTRONS (núcleos de hélio), que são jogados, em alta velocidade, para fora de um núcleo instável As partículas alfa possuem carga elétrica + 2, devido aos prótons, e massa igual a 4 Representação da partícula alfa  2 4

5. Em 1911, Frederick Soddy enunciou a 1ª LEI DA RADIOATIVIDADE “ Quando um núcleo emite uma partícula alfa, seu número atômico DIMINUI DE DUAS UNIDADES e seu número de massa DIMINUI DE QUATRO UNIDADES” U Th + 2 4 90 235 92  231 Observe que a equação nuclear mantém um balanço de massas e de cargas elétricas nucleares

6. emissões beta  São constituídas por ELÉTRONS atirados, em altíssima velocidade, para fora de um núcleo instável Representação da partícula beta Como não existe elétron no núcleo, ele é formado a partir de um nêutron de acordo com o esquema: – 1 0  n 1 e + p 0 1 +1 0 – 1 +  0 0

7. Soddy, Fajans, Russell enunciaram a 2ª LEI DA RADIOATIVIDADE “ Quando um núcleo emite uma partícula beta, seu número atômico aumenta de uma unidade e seu número de massa permanece inalterado” Observe que a equação nuclear mantém um balanço de massas e de cargas elétricas nucleares Bi Po + – 1 0 84 210 83 210 

8. As emissões gama são ondas eletromagnéticas semelhantes à luz emissões gama  Representação da partícula gama 0 0 

9. 01)( Covest – 2004 ) O núcleo atômico de alguns elementos é bastante instável e sofre processos radioativos para remover sua instabilidade. Sobre os três tipos de radiação , e , podemos dizer que:    Ao emitir radiação , um núcleo tem seu número de massa aumentado. 0 0  1 1 Ao emitir radiação , um núcleo tem seu número de massa inalterado.  2 2 A radiação é constituída por núcleos de átomos de hélio  3 Ao emitir radiação , um núcleo não sofre alteração em sua massa. 3  Ao emitir radiação , um núcleo tem seu número atômico aumentado em uma unidade.  4 4

10. 02) Quando um átomo emite uma partícula “alfa” e, em seguida, duas partículas beta, os átomos inicial e final: a) Têm o mesmo número de massa. b) São isótopos radioativos. c) Não ocupam o mesmo lugar na tabela periódica. d) Possuem números atômicos diferentes. e) São isóbaros radioativos. A = 4 + A’ Z = 2 – 2 + Z’ Z = Z’ Têm mesmo número atômico e diferentes números de massa, então, são ISÓTOPOS A Y X Z 2 + + – 1 0   2 4 Z’ A’

11. a) 84 e 210. b) 210 e 84. c) 82 e 210. d) 210 e 82. e) 86 e 208. 86 = 3 x 2 + 4 x (– 1) + Z Z = 86 – 2 Z = 84 86 = 6 – 4 + Z 222 = 3 x 4 + 4 x 0 + A 222 = 12 + A 222 – 12 = A A = 210 03) Ao se desintegrar, o átomo Rn emite 3 partículas alfa e 4 partículas beta. O nº atômico e o nº de massa do átomo final são, respectivamente: 86 222 3 222 Rn X 86 4 + + – 1 0   2 4 Z A

12. a) 8 e 6. b) 6 e 8. c) 4 e 0. d) 0 e 4. e) 8 e 8. 238 = 4 x x + 206 4 x x = 238 – 206 4 x x = 32 x = 32 : 4 x = 8 partículas alfa 92 = 2 x 8 – y + 82 92 = 16 – y + 82 y = 98 – 92 y = 6 partículas beta 04) Na transformação U em Pb, quantas partículas alfa e quantas partículas beta foram emitidas por átomo de urânio inicial? 92 238 82 206 82 206 x 238 U Pb 92 y + + – 1 0   2 4

13. a) 1 e 1. b) 4 e 6. c) 6 e 4. d) 12 e 16. e) 16 e 12. 232 = 4 x x + 208 4 x x = 232 – 208 4 x x = 24 x = 24 : 4 x = 6 partículas alfa 90 = 2 x 6 – y + 82 90 = 12 – y + 82 y = 94 – 90 y = 4 partículas beta 05) Na família radioativa natural do tório, parte-se do tório, Th, e chega-se no Pb. Os números de partículas alfa e beta emitidas no processo são, respectivamente: 90 232 82 208 82 208 x 232 Th Pb 90 y + + – 1 0   2 4

14. a) 32, 32 e 10. b) 16, 16 e 6. c) 10,10 e 5. d) 8, 8 e 6. e) 8, 8 e 5. 238 = 4 x x + 206 4 x x = 238 – 206 4 x x = 32 x = 32 : 4 x = 8 partículas alfa 92 = 2 x 8 – y + 82 92 = 16 – y + 82 y = 98 – 82 y = 6 partículas beta NÊUTRONS 8 x 2 = 16 PRÓTONS 8 x 2 = 16 ELÉTRONS 6 x 1 = 6 06) ( UFF – RJ ) Dada a série do urânio abaixo representada, assinale e a alternativa que apresenta, respectivamente, o número de nêutrons, prótons e elétrons emitidos na desintegração de um núcleo de U até Pb. 92 238 82 206 82 206 x 238 U Pb 92 y + + – 1 0   2 4

15. Poder de penetração das emissões radioativas    FOLHA DE PAPEL 2 mm de CHUMBO 6 cm de CHUMBO    < <

16. 01) Relacione as radiações naturais alfa, beta e gama com suas respectivas características: 1. alfa. 2. beta. 3. gama. Possui alto poder de penetração, podendo causar danos irreparáveis ao ser humano. 3 2 3 1 São partículas leves, com carga elétrica negativa e massa desprezível São ondas eletromagnéticas semelhantes aos raios X, não possuem carga elétrica nem massa. São partículas pesadas de carga elétrica positiva que, ao incidirem sobre o corpo humano, causam apenas queimaduras leves. A seqüência correta, de cima para baixo, é: a) 1, 2, 3, 2. b) 2, 1, 2, 3. c) 1, 3, 1, 2. d) 3, 2, 3, 1. e) 3, 1, 2, 1.

17. 02) Sobre emissões radiativas: Raios alfa são núcleos de átomos de hélio, formados por 4 prótons e 4 nêutrons. 0 0 1 1 O poder de penetração dos raios alfa aumenta com a elevação da pressão. 2 2 Os raios beta são elétrons emitidos pelos núcleos dos átomos dos elementos radiativos. 3 3 Os raios gama são radiações da mesma natureza que os raios alfa e beta. Os raios beta possuem massa desprezível. 4 4

18. Famílias ou Séries Radioativas É o conjunto de elementos que têm origem na emissão de partículas alfa e beta, resultando, como elemento final, um isótopo estável do chumbo

19. SÉRIES RADIOATIVAS NOME DA SÉRIE 1º ELEMENTO ÚLTIMO ELEMENTO Existem três séries radioativas naturais e uma artificial Nº DE MASSA TÓRIO URÂNIO ACTÍNIO NEPTÚNIO Th Pb 232 90 82 208 4n 4n + 2 U Pb 92 238 206 82 4n + 3 U Pb 92 235 207 82 4n + 1 Np Bi 93 237 209 83

20. FAMÍLIA DO TÓRIO Th 90 232 Ra 88 228 Ac 89 228 Th 90 228 Ra 88 224 Rn 86 220 Po 84 216 Pb 82 212 Bi 83 212 Po 84 212 Pb 82 208 PRÓTONS 78 80 82 84 86 88 90 92

21. FAMÍLIA DO NETÚNIO Np 93 237 Pa 91 233 U 92 233 Th 90 229 Ra 88 225 Ac 89 225 Fr 87 221 At 85 217 Bi 83 213 Po 84 213 Pb 82 209 Bi 83 209 PRÓTONS 94 80 82 84 86 88 90 92

22. FAMÍLIA DO URÂNIO PRÓTONS 78 80 82 84 86 88 90 92 U 92 238 Th 90 234 Pa 91 234 U 92 234 Th 90 230 Ra 88 226 Rn 86 222 Po 84 218 At 85 218 Bi 83 214 Po 84 214 Pb 82 210 Pa 83 210 Po 84 210 Pb 82 206

23. FAMÍLIA DO ACTÍNIO PRÓTONS 78 80 82 84 86 88 90 92 U 92 235 Th 90 231 Pa 91 231 Ac 89 227 Th 90 227 Ra 88 223 Rn 86 219 Po 84 215 At 85 215 Bi 83 211 Po 84 211 Pb 82 207

24. Podemos identificar a série radioativa de um nuclídeo através das expressões: O número de massa (A) dos elementos desta série é representado pela expressão: A = 4 x n 236 = 4 x 59 SÉRIE DO TÓRIO Ra 236 236 4 59 : = com resto zero, isto é,

25. SÉRIE DO ACTÍNIO O número de massa (A) dos elementos desta série é representado pela expressão: A = 4 x n + 3 231 = 4 x 57 + 3 Pa 234 231 4 57 : = com resto 3, isto é,

26. É o tempo necessário para que a quantidade de uma amostra radioativa seja reduzida à metade PERÍODO DE SEMIDESINTEGRAÇÃO OU MEIA-VIDA (P) m o m o m = x P 2 P m o 4 P m o 8 P ... m o 16 m o 2 t = x . P

27. 01) Uma substância radiativa tem meia-vida de 8 h. Partindo de 100 g do material radiativo, que massa da substância radiativa restará após 32 h? a) 32 g. b) 6,25 g. c) 12,5 g. d) 25 g. e) 50 g. m 0 = 100g t = 32 h P = 8 h m = ? m = x m o 2 t = x . P x = t : P 100 x = 32 : 8 x = 4 4 = 16 100 = 6,25g 100g 8 h 50g 8 h 25g 8 h 12,5g 8 h 6,25g outro modo de fazer

30. 04) Um elemento radiativo tem um isótopo cuja meia – vida é 250 anos. Que percentagem da amostra inicial, deste isótopo, existirá depois de 1000 anos? a) 25%. b) 12,5%. c) 1,25%. d) 6,25%. e) 4%. m 0 = 100% t = 1000 anos P = 250 anos m = ? 100% 250 anos 50% 250 anos 25% 250 anos 12,5% 250 anos 6,25%

31. 05) (Covest – 2007) A Coréia do Norte realizou, recentemente, um teste nuclear subterrâneo, que foi condenado pelo Conselho de Segurança da ONU. Sabe-se que as armas em desenvolvimento por aquele país estão baseadas em plutônio. O plutônio, entretanto, não é capaz de iniciar por si próprio uma reação em cadeia e, por isso, é utilizado juntamente com berílio e polônio. Considerando que o berílio tem Z = 4 e A = 9; o polônio tem Z = 84 e A = 209 ou 210 e o plutônio tem Z = 94 e A = 238, 239, 240, 241, 242 ou 244, analise as proposições a seguir. O decaimento de Po-210 a Pb 206 82 resulta na emissão de partículas alfa. 0 0 Po Pb 84 210 82 206 + .......... O número de massa diminui de 4 unidades e O número atômico diminui de 2 umidades Emissão alfa Se ocorrer um choque entre uma partícula alfa e o Be, ocorrerá formação de carbono-14 (radioativo) e emissão de 1 nêutron. 1 1 Be C 4 9 6 14 +  2 4 + n 0 1 ? 9 + 4 = 14 + 1 Pu 94 238 O plutônio possui 6 isótopos. 2 2 Pu 94 239 Pu 94 240 Pu 94 241 Pu 94 242 Pu 94 244 94 = 2 + Z U Z 240 + 2 4 Pu 94 244 Sabendo que o Pu-244 decai com emissão de partículas alfa e formação de U-240, com tempo de meia-vida de 82.000.000 anos, conclui-se que um átomo de urânio tem 92 prótons. 3 3  Z = 92 A = 238 + 0 Np A + Pu 94 238 A = 238 Uma vez que o Pu - 238 pode ser formado a partir da emissão de uma partícula beta pelo netúnio (Np), concluímos que este elemento deve ter um isótopo com Z = 95 e A = 238. 4 4 – 1 0  Z Z = 94 – 1 Z = 93 FALSO

34. REAÇÕES NUCLEARES ARTIFICIAIS O lançamento de partículas contra o núcleo de um átomo, realizado em condições controladas de laboratório, transforma um átomo em outro Esta transformação recebe o nome de TRANSMUTAÇÃO ARTIFICIAL N O 2 2  4 2 + + p 1 1

36. 02) (UFPE) A primeira transmutação artificial de um elemento em outro, conseguida por Rutherford em 1919, baseou-se na reação: 7 N 14 + 2 He 4  E + 1 H 1 Afirma-se que: 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 O núcleo E tem 17 nêutrons. 14 + 4 = A +1 A = 18 – 1 A = 17 7 + 2 = Z +1 Z = 9 – 1 Z = 8 8 E 17 N = 17 – 8 N = 9 O átomo neutro do elemento E tem 8 elétrons. 8 E 17 O núcleo 1 H 1 é formado por um próton e um nêutron. O número atômico do elemento E é 8. O número de massa do elemento E é 17.

38. É a divisão de um núcleo em dois núcleos menores, com a liberação de uma quantidade de energia muito grande FISSÃO NUCLEAR Uma fissão nuclear importante é reação que explica o princípio de funcionamento da bomba atômica U Kr n Ba + + 92 235 56 140 36 93 0 1 n + 0 1 3

40. 01) (Covest – 98) Uma das mais famosas reações nucleares é a fissão do urânio usada na bomba atômica: U X n Ba + + 92 235 56 139 Z A 0 1 n + 0 1 3 Qual o valor do número atômico do elemento X, nesta reação? 92 + Z 56 = – Z = 92 56 Z = 36

43. É a junção de núcleos atômicos produzindo um núcleo maior, com liberação de uma grande quantidade de energia FUSÃO NUCLEAR Este processo ocorre no sol, onde núcleos de hidrogênio leve se fundem, formando núcleos de hélio, com liberação de grande quantidade de energia 1 He H 1 energia + 4 2 4  +1 0 + 2 Prof. Agamenon Roberto

44. 01) (Covest – 2006) Os elementos químicos, em sua maioria, foram, sintetizados através de processos nucleares que ocorrem em estrelas. Um exemplo está mostrado na seqüência de reações abaixo: He 4 + He 4 I ) Be 8 He 3 + Be 8 II ) C 12  + Destas reações, podemos afirmar que: 1) São reações de fissão nuclear. 2) Na reação (II), deveria estar escrito He no lugar de He. 3) He e He são isótopos. Está(ão) correta(s): a) 1, 2 e 3 b) 1 apenas c) 3 apenas d) 1 e 2 apenas e) 2 e 3 apenas 4 4 3 8 3 As reações produzem núcleos maiores que os iniciais, então, é uma FUSÃO F + 3 = 12 + 0 se 4 V São átomos de mesmo elemento químico e diferentes números de massa, então são ISÓTOPOS V

45. EXERCÍCIOS EXTRAS

46. 01) O iodo 125, variedade radioativa do iodo com aplicações medicinais, tem meia-vida de 60 dias. Quantos gramas do iodo 125 irão restar, após 6 meses, a partir de uma amostra contendo 2,0g do radioisótopo? a) 1,50g. b) 0,75g. c) 0,66g. d) 0,25g. e) 0,10g. m 0 = 2,0 g t = 6 meses P = 60 dias m = ? = 2 meses = P t = 3 meias-vidas x m = x m o 2 2 3 = 8 2 = 0,25g 6 2

47. 02) Um elemento radiativo tem um isótopo cuja meia – vida é 250 anos. Que percentagem da amostra inicial, deste isótopo, existirá depois de 1000 anos? a) 25%. b) 12,5%. c) 1,25%. d) 6,25%. e) 4%. m 0 = 100% t = 1000 anos P = 250 anos m = ? = P t = 4 meias-vidas x m = x m o 2 250 4 = 16 100 = 6,25% 1000 100

48. 03) Na determinação da idade de objetos que fizeram parte de organismos vivos, utiliza-se o radioisótopo C, cuja meia - vida é em torno de 5700 anos. Alguns fragmentos de ossos encontrados em uma escavação possuíam C radioativo em quantidade de 6,25% daquela dos animais vivos. Esses fragmentos devem ter idade aproximada de: 14 14 a) 5700 anos. b) 11400 anos. c) 17100 anos. d) 22800 anos. e) 28500 anos. 100% 50% 25% 12,5% 6,25% 5700 a x 5700 5700 a 5700 a 5700 a t = x P 4 22800 anos t =

49. 04) O acidente do reator nuclear de Chernobyl, em 1986, lançou para a atmosfera grande quantidade de Sr radioativo, cuja meia-vida é de 28 anos. Supondo ser este isótopo a única contaminação radioativa e que o local poderá ser considerado seguro quando a quantidade Sr se reduzir, por desintegração a 1/16 da quantidade inicialmente presente, o local poderá ser habitado novamente a partir do ano de: 38 90 38 90 a) 2014. b) 2098. c) 2266. d) 2986. e) 3000. m o 2 m o 28 anos x 28 28 anos 28 anos t = x P 4 112 anos t = m o 4 28 anos m o 8 m o 16 Será habitado em: 1986 + 112 = 2098

50. 05) Na reação de fissão: U ....... n Rb + + 92 235 37 90 Ce a) 0 1 n + 0 1 2 O produto que está faltando é o: b) c) d) e) La Sm Eu Cs 144 58 146 57 160 62 157 63 144 55 X Z A + + 235 90 1 + 2 A = – 236 92 = 144 A = A + 92 37 Z = – 92 37 Z = = 55 Z

51. 06) Na reação de fusão nuclear representada por: 1 n H 3 + 4 0 1 + 1 H 2 E Ocorre liberação de um nêutron (n). A espécie E deve ser: a) 2 prótons e 2 nêutrons. b) 2 prótons e 3 nêutrons. c) 2 prótons e 5 nêutrons. d) 2 prótons e 3 elétrons. e) 4 prótons e 3 elétrons. + 2 3 + 1 A = A = 5 – 1 A = 4 + 1 1 Z = Z = 2 E 2 2 prótons N = 4 – 2 = 2 nêutrons