Universidade Federal da Paraba Centro de Cincias Exatas
Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Prof. Dr. Ary da Silva Maia QUÍMICA NUCLEAR
QUÍMICA NUCLEAR: A Descoberta do Núcleo Atômico: Modelo de Rutherford (1911) Modelo de Thomson: previa deflexão pequena das partículas a Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 2
QUÍMICA NUCLEAR: A Descoberta do Núcleo Atômico: Modelo de Rutherford (1911) Rutherford propôs um modelo no qual toda a carga positiva dos átomos, que comportaria praticamente toda a sua massa, estaria concentrada numa pequena região do seu centro, chamada de núcleo. Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 3
QUÍMICA NUCLEAR: As Forças do Universo: O universo que conhecemos existe porque as partículas fundamentais interagem. Essas interações incluem forças atrativas e repulsivas, decaimento e aniquilação. Existem quatro interações fundamentais entre as partículas, e todas as forças no mundo podem ser atribuídas a essas quatro interações ! Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 4
QUÍMICA NUCLEAR: As Forças do Universo: Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 5
QUÍMICA NUCLEAR: Algumas propriedades dos núcleos: Número Atômico (Z) – número de prótons do núcleo. Número de Nêutrons (N) – número de nêutrons do núcleo. Número de Massa (A) – Símbolo: prótons e soma do número de nêutrons: A = Z + N Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 6
QUÍMICA NUCLEAR: • Todo núcleo com A > 4 é também chamado de núcleo complexo. • Os núcleos complexos com Z 92 são encontrados na natureza. • Os núcleos complexos com Z > 92 (elementos transurânicos) só existem se produzidos artificialmente em laboratório. • O último elemento transurânico, de existência confirmada, é o de Z = 111 (Rg – Roentgenium), embora atualmente já se tenha conhecimento de experiências que estendem o número de transurânicos até Z = 118. • É bastante útil, no estudo dos núcleos, classificá-los em: 7 Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009
QUÍMICA NUCLEAR: Efeito par - ímpar Nenhum elemento com Z ímpar possui mais do que dois isótopos estáveis. Elementos com Z par possuem até 10. Categorias de Núcleos: Z – par , N – par – 144 Z – impar, N – ímpar – 4 Z - par , N ímpar – 55 Z - ímpar , N par – 50 Explicação: formação de pares de prótons e de nêutrons conduz à estabilidade. Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 8
QUÍMICA NUCLEAR: Nuclídeo: espécie de átomo caracterizado pela constituição do seu núcleo, em particular por seu número de prótons e de nêutrons. - estáveis - instáveis – radioativos (radionuclídeos) Isótopos: mesmo Z (número atômico). Isóbaros: mesmo A (número de massa). Isótonos: mesmo N (número de nêutrons). Isómeros: mesmo Z e A (diferem no estado energético do núcleo). Isodiáferos: mesmo excesso de nêutrons sobre prótons (N – Z = constante). Ex. 14 Si 30, 15 P 32, 16 S 34, 36, 38. Cl Ar 17 18 Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 9
QUÍMICA NUCLEAR: Tabela de Nuclídeos: Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 10
QUÍMICA NUCLEAR: Tabela de Nuclídeos: Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 11
QUÍMICA NUCLEAR: Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 12
QUÍMICA NUCLEAR: Tabela de Nuclídeos e as Emissões Radioativas: Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 13
QUÍMICA NUCLEAR: Tabela de Nuclídeos e as Emissões Radioativas: Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 14
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Fissão nuclear é a fragmentação de um núcleo em partes menores Há liberação de grande quantidade de energia. A fissão é o processo que ocorre de maneira incontrolável nas bombas atômicas. Nas usinas nucleares, a fissão é realizada de forma controlada com aproveitamento de energia. Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 15
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Fusão nuclear é o processo que ocorre quando núcleos menores se unem formando outros maiores. Há liberação de enorme quantidade de energia, mas necessita de temperatura elevadíssima para se iniciar. Este é o processo que ocorre nas estrelas. Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 16
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Decaimento radioativo (radioatividade) é o processo natural de eliminação de partículas para se alcançar um núcleo mais estável. radioativo s estávei s Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 17
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Decaimento radioativo (radioatividade) é o processo natural de eliminação de partículas para se alcançar um núcleo mais estável. Os núcleos radioativos desintegram-se espontaneamente pelos decaimentos alfa e beta. Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 18
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: O decaimento alfa : No decaimento alfa o núcleo X, emite uma partícula alfa (núcleo de 4 He, dois prótons e dois nêutrons) transformando-se no núcleo Y : Q = 4, 25 Me. V. Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 19
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: O decaimento beta ocorre em núcleos que têm excesso, ou falta, de nêutrons para adquirir estabilidade. No decaimento beta menos um dos nêutrons no interior do núcleo emite um elétron e um anti-neutrino, transformando-se em um próton: No decaimento beta mais um dos prótons no interior do núcleo emite um pósitron (anti-elétron) e um neutrino, transformando-se em um nêutron: Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 20
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Famílias ou Séries Radioativas: Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 21
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Cinética do Decaimento Radioativo: A taxa na qual ocorre um processo de decaimento em uma amostra radioativa é proporcional ao número de nuclídeos radioativos presentes na amostra: Onde l é chamada de constante de decaimento radioativo. Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 22
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Cinética do Decaimento Radioativo: Integrando de t = 0 (quando temos N 0 núcleos radioativos não desintegrados) a t (quando nos restam N núcleos): Logo, ou ainda, Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 23
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Cinética do Decaimento Radioativo: Freqüentemente chama-se de atividade a taxa de decaimento total de uma amostra. A unidade para a atividade (no SI) é o becquerel: 1 becquerel = 1 Bq = 1 decaimento por segundo Eventualmente definido por: utiliza-se também o curie, 1 curie = 1 Ci = 3, 7 x 1010 Bq Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 24
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Meia Vida: Tempo necessário para que N e R caiam a metade do valor inicial: Tomando o ln temos: ou Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 25
QUÍMICA NUCLEAR: Reações Nucleares: Vida Média: Definida como a soma das idades de todos os átomos, dividida pelo número total de átomos: Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 26
QUÍMICA NUCLEAR: Datação radioativa: O decaimento do 14 C é utilizado para datar amostras orgânicas uma vez que a razão entre o 14 C e o 12 C na nossa atmosfera é de 1, 3 x 10 -12. (O 14 C é produzido pelo choque de raios cósmicos com o nitrogênio do ar na alta atmosfera. ) Todos os organismos vivos apresentam esta mesma razão em sua constituição, graças à respiração ou fotossíntese, porém, quando morrem esta troca com o ambiente cessa; o 14 C do organismo sofre o decaimento beta, com uma meia-vida de 5730 anos. Assim, pode-se determinar a idade do material orgânico medindo a razão entre os isótopos de carbono. Prof. Dr. Ary Maia Ago 2009 27
Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Prof. Dr. Ary da Silva Maia QUÍMICA NUCLEAR arymaia@quimica. ufpb. br http: //www. quimica. ufpb. br/arymaia
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