O documento discute os conceitos de radioatividade, incluindo as descobertas históricas de Becquerel, Rutherford e Chadwick. Também aborda as características e símbolos das partículas alfa, beta e gama, assim como os conceitos de meia-vida e datação radiométrica.

1. CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS -
QUÍMICA
Ensino Médio, 3ª Série
RADIOATIVIDADE
Profª.:Vânia Maria Maciel de Lima
SECRETARIA DE
ESTADO DA EDUCAÇÃO

2. O que é Radioatividade
Se decompusermos a palavra veremos
que se trata da atividade de raios, ou
da capacidade que um certo elemento
tem de emitir raios através de seus
núcleos instáveis.

3. O que nos interessa agora é compreender que para essa
atividade de emissão de raios pelo núcleo seja
espontânea é necessário que o elemento tenha número
atômico maior que 82, pois seus núcleos são instáveis..
Radioatividade

4. Histórico
No ano de 1896, o francês Henri Becquerel estava
trabalhando com um anteparo duro conhecido como sulfato
duplo de potássio e uranilo, estudando os raios catódicos
emitidos nesse material. Os raios catódicos quando emitidos
e incidindo em um anteparo duro era emitido outro tipo de
raio que ele chamou de RAIO X. Então os raio x nada mais
eram do que raios catódicos amaciados pelo anteparo duro.

5. Histórico
No ano de 1896, o francês Henri Becquerel constatou que
um composto de urânio — sulfato de potássio e uranilo,
K2UO2(SO4)2 — apresentava a interessante característica de
causar uma mancha numa chapa fotográfica mesmo no
escuro e embrulhada em papel escuro. A interpretação de
Becquerel era de que o composto emitia algum tipo de raio
capaz de atravessar o papel e atuar sobre a chapa. Essa
propriedade era semelhante à dos raios X descobertos um
ano antes pelo alemão Wilhelm Conrad Röntgen.

6. Histórico
No ano de 1898, Ernest Rutherford utilizou uma tela fluorescente para detectar as
radiações provenientes de um material radioativo. Com auxílio de placas
metálicas eletricamente carregadas descobriu que havia dois tipos de radiação, que
chamou de alfa e beta. A radiação alfa, segundo ele, deveria ser formada por
partículas de carga positiva, uma vez que seu feixe é atraído pela placa negativa
(veja o esquema ao lado). Já a radiação beta deveria ser formada por partículas
negativas, pois seu feixe é atraído pela placa positiva. Além disso, como as
partículas α sofrem um desvio menor, isso significa que elas devem possuir massa
maior do que as partículas beta, pois, quanto maior for a massa de uma partícula,
maior será a sua inércia e, portanto, mais difícil será alterar sua trajetória.

7. Natureza das emissões
Radiação alfa: Se em um sistema fechado for colocado um átomo de
Hélio e se retirar os seus elétrons ele terá massa = 4 e número de
prótons = 2, teremos então um núcleo de Hélio.
Os cientista colocaram uma partícula Alfa na presença abundante de
elétrons e tiveram um resultado inesperado: tiveram como produto
desse experimento o átomo de Hélio!!!
4
2α2+ + 2 e- → 4
2He
Concluíram que partículas Alfa são na verdade núcleos de Hélio.

8. Caracterização da Partícula Alfa
• Possui carga positiva +2 e número de massa 4 idêntico aos dos núcleos do elemento Hélio;
• É uma partícula pesada, se comparada com a beta;
• São emitidas com grande velocidade, até 30.000km/s;
• Possuem grande energia, sendo, porém, barradas por uma folha de papel, ou por uma lâmina
de alumínio;
• São representadas por (4
2He) ou (4
2α).
• Dizemos então que o átomo perdeu um núcleo de Hélio ou que perdeu uma partícula Alfa.

9. Partícula Beta
Partícula Beta – Elétron vindo do núcleo atômico por decomposição de um nêutron!!!
Se o núcleo atômico é instável existem lá dentro nêutrons instáveis também.
Tudo isso acontece porque os nêutrons instáveis irão se decompor em partículas menores, veja:
A emissão de uma partícula beta (0
-1β) é resultado do rearranjo do núcleo instável do átomo radioativo de
modo a adquirir estabilidade. Para tanto, ocorre um fenômeno no núcleo, no qual um nêutron se decompõe
originando três novas partículas: um próton, um elétron (partícula β) e um neutrino. O neutrino e o
elétron são emitidos; o próton, no entanto, permanece no núcleo.
1
0n →1
1p + 0
-1e + 0
0ν

10. E como fica o sistema de radiação Beta?
A frase que parecia suspeita se confirma.
O núcleo instável, ao decompor um nêutron em um próton e um elétron, fica com o próton, e manda o
elétron embora travestido de partícula beta.
1
0n →1
1p + 0
-1e + 0
0ν

11. E como fica o sistema de radiação Beta?
Veja um exemplo de decaimento beta que ocorre com o isótopo 14 do elemento carbono

12. Caracterização da partícula Beta?
• possuem carga elétrica -1;
• São emitidas a velocidades muito altas, e podem chegar perto da velocidade da luz (300.000km/s)
• Possuem um poder de penetração maior, se comparadas com a partícula alfa;
• São representadas por 0
-1β ou por 0
-1e

13. Radiação gama
São ondas curtíssimas, de altíssima frequência que não podem ser chamadas de partículas pois não têm
massa e nem carga.
Por possuírem grande energia possuem também grande poder de penetração.
São capazes de se propagar a milhares de metros no ar e atravessar chapas de aço com até 15 cm de
espessura. Propagam-se no vácuo com a velocidade da luz, cerca de 300.000 km/s.

14. A Radiação Beta
PARTÍCULA BETA
É UM ELÉTRON ACELERADO:
0 n = 1 p + -1  + 0 n
 nêutron = próton + elétron + neutrino
Neutrino= partícula elementar do grupo dos léptons, encontrada na natureza em três formas associadas
respectivamente aos elétrons, múons e taus, que se caracterizam por ausência de carga e pelo spin 1/2
1 1 0 0

15. Poder de penetração

16. Leis da Radioatividade
1ª lei das emissões radioativas: trata da emissão de uma radiação alfa a partir do núcleo de um
átomo. Como a radiação alfa apresenta número de massa igual a 4 e número atômico igual a 2,
temos as seguintes alterações no núcleo do átomo:
Diminuição de 2 prótons e 2 nêutrons no núcleo do átomo.
Diminuição do número de massa em 4 unidades.
Diminuição do número atômico em 2 unidades.
84Po209 → 2α4 + 82Pb205

17. Leis da Radioatividade
A 2ª Lei da radioatividade trata da emissão de uma radiação beta a partir do
núcleo de um átomo. Como a radiação beta apresenta número de massa 0 e
número atômico -1, temos as seguintes alterações no núcleo do átomo:
Aumento de 1 próton no núcleo do átomo.
Manutenção do número de massa.
Aumento do número atômico em 1 unidade.

18. Leis da Radioatividade
Como há uma alteração no número de prótons do núcleo do átomo, sempre que
uma radiação beta é emitida, temos a formação de um novo elemento químico,
cujo número atômico é 1 unidade maior que o que deu origem a ele..
92U238 → -1β0 + 93Np238

19. Partículas subatômicas
Subpartícula Carga Massa Símbolo
Próton +1 1 1p1
Nêutron 0 1 0n1
Elétron -1 0 -1e0

20. Símbolos utilizados
Partícula Símbolo
Alfa 24 ou 2He4
Beta -10
Gama 00
Neutrino 00
Pósitron 1e0

21. Exercite

22. Exercite

23. Meia - Vida
O tempo de meia – vida é o tempo necessário para que o número de isótopos
radioativos caia pela metade em consequência da instabilidade nuclear. Também
conhecido como período de semidesintegração.

24. Meia vida

25. Meia - Vida
Como calcular os períodos de meia – vida:
t = x . P
t é o tempo decorrido em que o material sofreu desintegração;
P é o valor de uma meia – vida
X é a quantidade de meias – vidas

26. Meia vida

27. Meia vida
Os cálculos que envolvem o tempo de meia vida de uma
substância servem para determinar a massa da amostra, o
número de decaimento radioativo ou ainda o tempo que essa
amostra tem.

28. Meia - Vida
Com esse conhecimento, podemos ainda determinar o número de átomos
que resta após o período de meia-vida a partir da expressão:
n = no
2x
•n = número de átomos radioativos que resta na amostra;
•no = número de átomos radioativos que havia na amostra;
•x = número de meias-vidas que se passaram.

29. Meia - Vida
Em forma de massa:
m = mo
2x
•m = massa do material radioativo que resta na amostra;
•mo = massa do material radioativo que havia na amostra;
•x = número de meias-vidas que se passaram.

30. Meia - Vida
Exemplos
Tem-se uma amostra de 12g de um isótopo
radioativo cuja meia-vida é 60 dias. Decorridos 120
dias, por quantas meias – vidas essa amostra já
passou?

31. Meia - Vida
Exemplos: Cálculo da massa
O isótopo15
32P, cuja meia-vida vale 14 dias, é usado por certos
laboratórios no estudo de alguns processos que ocorrem dentro
de células vivas. Se um laboratório recebeu uma amostra de 20 g
desse isótopo, quanto restará após 70 dias?

32. Meia - Vida
Em forma de porcentagem:
Pr = Po
2x
•Pr = porcentagem de material radioativo que resta na amostra;
•Po = porcentagem inicial de material radioativo que havia na amostra
(sempre será 100%);
•x = número de meias-vidas que se passaram.

33. Meia - Vida
Exemplos: Cálculo da porcentagem
um elemento radioativo tem um isótopo cuja meia
vida é 250 anos qual a porcentagem da amostra
desse isótopo que existirá após 1000 anos?

34. Exemplos
O iodo-125, variedade radioativa do iodo com aplicações
medicinais, tem meia-vida de 60 dias. Quantos gramas de iodo-
125 restarão após seis meses a partir de uma amostra contendo
2,00 g do radioisótopo?
Um elemento radioativo tem meia-vida igual a 5 minutos.
Dispondo-se de 6 g desse elemento, qual será a sua massa após
20 minutos?

35. Datação da idade da Terra
Ernest Rutherford foi quem
propôs o método do
decaimento radioativo e que é
aceito até hoje. De acordo com
esse método, as rochas mais
antigas identificadas na Terra
já possuíam minérios de urânio,
sendo que o isótopo de urânio
238 sofre decaimento
radioativo, terminando como
chumbo 206 (Pb-206), como se
pode ver ao lado:

36. TRANSMUTAÇÕES ARTIFICIAIS
Um velho sonho dos alquimistas era transformar metais baratos em ouro. No século XIX, a Teoria
Atômica de Dalton criou a ideia de átomos indivisíveis e indestrutíveis; em função disso, os cientistas
passaram a acreditar que os elementos químicos seriam imutáveis.
A descoberta da radioatividade natural veio mostrar, contudo, que certos átomos podiam transformar-
se em outros. De início, os cientistas foram simples espectadores da transmutação radioativa natural.
Logo se percebeu que não seria fácil transformar um elemento em outro; as pressões e as
temperaturas que provocavam as reações químicas se mostravam ineficazes para provocar as reações
nucleares.
Em 1919, porém, Rutherford colocou uma amostra de polônio (emissor de partículas alfa) num
recipiente contendo nitrogênio e, após várias semanas, constatou a presença de oxigênio no interior do
recipiente.

37. TRANSMUTAÇÕES
Quando um elemento químico emite espontaneamente uma
radiação e se transforma em outro elemento, dizemos que
aconteceu uma transmutação natural. Quando as
transmutações são obtidas por bombardeamento de
núcleos estáveis com partículas α, prótons, nêutrons etc.,
são chamadas transmutações artificiais. A primeira delas
foi obtida por Rutherford:

38. TRANSMUTAÇÕES
Rutherford, colocou uma amostra de um material radioativo (polônio)
em um frasco contendo nitrogênio. Após um certo tempo, verificou
que o frasco continha oxigênio e não mais nitrogênio. Então, concluiu
que o nitrogênio transformara-se em oxigênio.

39. TRANSMUTAÇÕES
Transmutação do nitrogênio por ataque com partícula alfa
7N14 + 2α4 → 8O17 + 1p1
7
14N + 2
4α → <9
18F˃ → 8
17O + 1
1p
Quando um átomo de nitrogênio sofre bombardeio por uma
partícula alfa, ocorre uma transmutação artificial, que forma
um átomo de oxigênio e libera um próton.

40. TRANSMUTAÇÕES
Em 1932, o cientista James Chadwick descobriu o
nêutron através do bombardeamento do isótopo 9
do berílio com partículas alfa.

41. TRANSMUTAÇÕES
Os pesquisadores franceses Jean Frédéric Joliot-Curie (1900-1958)
e Irène-Curie (1897-1956) – filha de Marie Curie – descobriram a
radioatividade artificial em 1934 e receberam o prêmio Nobel de
Química de 1935 por esses trabalhos na indução artificial de
radioatividade. Eles fizeram essa descoberta quando realizaram uma
experiência em que bombardearam o alumínio 13
27Al com partículas alfa
(2
4α) e perceberam que haviam produzido o isótopo de 15
30P e um nêutron,
conforme a reação a seguir:
13
27Al + 2
4α → 15
30P + 0
1n

42. TRANSMUTAÇÕES
Eles também decobriram a emissão de uma nova
partícula, o pósitron (+1
0β), que era emitido pelo
fósforo 30 obtido na transmutação do alumínio 27. Em
1932, Carl David Anderson (1905-1991) estudava a
reação de desintegração por emissão de pósitrons do
fósforo 30 em silício 30, quando obteve essa partícula:
15
30P → 14
30Si + +1
0β

43. ACELERADORES DE PARTÍCULAS
LHC – Grande colisor de partículas:
Os cientistas fazem medidas de
energia e da interação entre as
partículas após as colisões
A estrutura detalhada do átomo e, especialmente, do
núcleo atômico não é bem conhecida até hoje. Para
melhor desvendar esse segredo, foi construída a maior
máquina do mundo para procurar as menores partículas
do mundo. Trata-se de um acelerador de partículas
construído em um túnel circular de 27 km de
circunferência, a 100 metros de profundidade, entre as
fronteiras da França e da Suíça.

44. TRANSMUTAÇÕES

45. TRANSMUTAÇÕES NUCLEARES
Em 1938, o físico alemão Otto Hahn e seus colaboradores realizaram experiências de
bombardeamento do urânio, e a física austríaca Lise Meitner (1878-1968) explicou esse fenômeno,
dizendo que o núcleo do átomo de urânio era instável e ao ser bombardeado com nêutrons
moderados ele se rompe praticamente ao meio, originando dois núcleos médios e liberando dois ou
três nêutrons, além da liberação de uma grande quantidade de energia

46. Enriquecimento de Urânio
Enriquecimento de Urânio
 O urânio-235 é um elemento químico
que possui 92 prótons e 143 nêutrons no
núcleo. Sua massa é, portanto, 92 + 143 =
235.
Se o grau de enriquecimento for muito alto
(acima de 90%), isto é, se houver quase só
urânio-235, pode ocorrer uma reação em
cadeia muito rápida, de difícil controle,
mesmo para uma quantidade relativamente
pequena de urânio, passando a constituir-se
em uma explosão: é a bomba atômica

47. Enriquecimento de Urânio

48. Bomba atômica

49. TRANSMUTAÇÕES NUCLEARES
FISSÃO (QUEBRA) NUCLEAR
Fissão nuclear é a quebra de núcleos
grandes, formando núcleos menores e
liberando grande quantidade de energia.

50. Fissão nuclear

51. E o tempo parou... Para Hiroshima e Nagasaki!
Nos dias 6 e 9 de agosto de 1945, os
Estados Unidos utilizaram, pela primeira
vez na história da
humanidade, bombas atômicas. Elas
foram lançadas sobre as cidades japonesas
de Hiroshima e Nagasaki.

52. Alcance da bomba atômica

53. Fusão nuclear
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.

54. Fusão nuclear