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Química

Radioatividade

Sara Nahra
Publicado por Sara Nahra
Última atualização: 19/10/2018

Introdução

A radioatividade é um fenômeno que ocorre quando um núcleo instável emite espontaneamente partículas ou ondas, que são denominadas de radiações e se transforma em outro núcleo mais estável.

Representação de um núcleo instável e outro estável.Representação de um núcleo instável e outro estável.

A radioatividade de um elemento não é afetada por fatores químicos, nem pelo estado físico da substância, nem pela pressão ou temperatura, pois este fenômeno depende apenas da instabilidade do núcleo atômico, e não da eletrosfera.

Radiações do Urânio

O físico francês Antoine-Henri Becquerel percebeu, em 1896, que um sal de urânio, denominado sulfato duplo de potássio e uranila (K2(UO2)(SO4)2), tinha a capacidade de sensibilizar o negativo de um filme fotográfico recoberto com papel preto, ou ainda uma lâmina bem fina de metal. As radiações emitidas pelo sal possuíam propriedade semelhante à dos raios X, e recebeu o nome de radioatividade.

Marie Sklodowska Curie demonstrou, em 1897, que a intensidade da radiação era proporcional à quantidade de urânio presente na amostra e chegou à conclusão de que a radioatividade é um fenômeno atômico.

Ainda em 1897, Ernest Rutherford criou um equipamento, como mostrado na figura abaixo, com o objetivo de estudar a ação de um campo eletromagnético sobre as radiações.

Experimento de Rutherford.Experimento de Rutherford.

Com esse experimento, Rutherford concluiu que, por sofrerem desvio no campo magnético, os raios alfa (α) e beta (β) apresentavam carga elétrica. Já os raios gama (γ), por não sofrerem desvio, não possuíam carga elétrica. Ele percebeu também que os raios β eram atraídos pela placa positiva, logo, seriam carregados negativamente. Já os raios α, que eram atraídos pela placa negativa, seriam carregados positivamente.

Das três radiações vistas, a γ é a mais penetrante e a mais perigosa para o ser humano. A β apresenta penetração média, enquanto que a α é a menos penetrante.

Outros estudos realizados posteriormente permitiram caracterizar os três tipos de radiação, como mostra a tabela abaixo.

RadiaçãoSímboloConstituiçãoCargaMassa (u)VelocidadePoder de penetração
Alfa+24α2 prótons e 2 nêutrons+241/10 da velocidade da luzBaixo
Beta-10β1 elétron-109/10 da velocidade da luzMédio
Gama00γOnda eletromagnética00Velocidade da luzElevado

Existem outras emissões comuns mostradas na tabela a seguir.

RadiaçãoSímboloConstituiçãoCargaMassa (u)
Próton+11p1 próton+11
Nêutron01n1 nêutron01
Pósitron+10βElétron positivo+10


 Leis de Decaimento Radioativo

1ª Lei: Lei de Soddy – Emissão de Partículas α

Quando o átomo de um elemento radioativo emitir uma partícula α, seu número de massa diminuirá em 4 unidades e seu número atômico diminuirá em 2 unidades, originando um novo elemento químico (devido aos diferentes valores de Z):

­ZXA → +2α4 + Z-2YA-4

    Exemplo:

­94Pu239 → +2α4 + 92U235

Nas equações nucleares, os números de massa (A) e dos números atômicos (Z) devem ser conservados. Ou seja:

ΣAReagentes = ΣAProdutos

ΣZReagentes = ΣZProdutos

    No exemplo anterior:

ΣAReagentes = ΣAProdutos → 239 = 4 + 235

ΣZReagentes = ΣZProdutos → 94 = 2 + 92

2ª Lei: Lei de Soddy-Fajans-Russel – Emissão de Partículas β

As partículas β são formadas pela desintegração de um nêutron no núcleo, originando um próton que permanece no núcleo, um elétron (beta) e uma subpartícula chamada antineutrino:

                                                   0n1           →        +1p1     +           -1β0     +           0ν0

                                 nêutron             próton              beta           antineutrino

Quando o átomo de um elemento radioativo emitir uma partícula β, seu número de massa permanece o mesmo e seu número atômico aumentará em 1 unidade, originando um novo elemento químico (devido aos diferentes valores de Z):

­ZXA → -1β0 + Z+1YA

Por possuírem o mesmo número de massa (A), esses átomos sempre serão isóbaros.

Exemplo:

­6C14 → -1β0 + 7N14

ΣAReagentes = ΣAProdutos → 14 = 0 + 14

ΣZReagentes = ΣZProdutos → 6 = -1 + 7

Raios Gama

Como as radiações γ são ondas eletromagnéticas, e não partículas, sua emissão não altera o número atômico e nem o número de massa do elemento químico. Por isso, não se costuma representar sua emissão por meio de equações nucleares.

Transmutações

A transmutação natural ocorre quando um elemento químico emite espontaneamente uma radiação e se transforma em um outro elemento. Existem também as transmutações artificiais, que ocorrem quando as transmutações são obtidas por bombardeamento de núcleos estáveis com partículas α, prótons, nêutrons etc.

A primeira transmutação artificial foi feita por Rutherford:

­7N14 + +2α4 → 8O17 + +1p1

ΣAReagentes = ΣAProdutos → 14 + 4 = 17 + 1

ΣZReagentes = ΣZProdutos → 7 + 2 = 8 + 1

Chadwick descobriu o nêutron em 1932 através da seguinte transmutação artificial:

­4Be9 + +2α4 → 6C12 + 0n1

ΣAReagentes = ΣAProdutos → 9 + 4 = 12 + 1

ΣZReagentes = ΣZProdutos → 4 + 2 = 6 + 0

Cinética das Desintegrações Radioativas

A velocidade com que as partículas são emitidas ou desintegradas é diretamente proporcional ao número de núcleos radioativos (N), a cada instante considerado.

V = K x N

Onde K é a constante radioativa característica de cada isótopo.

Após certo intervalo de tempo, denominado tempo de meia-vida (t1/2) ou período de desintegração (P), o número de núcleos radioativos de cada isótopo é reduzido pela metade.

m0 (massa inicial) → m0/2 → m0/4 → m0/8 → m0/16...

        t1/2        t1/2         t1/2         t1/2

A meia-vida pode ser relacionada com a massa ou com o número de átomos, independente da quantidade inicial e de fatores externos, pois é um fenômeno nuclear.


Exercícios

Exercício 1
(Enem/2012)

A falta de conhecimento em relação ao que vem a ser um material radioativo e quais os efeitos, consequências e usos da irradiação pode gerar o medo e a tomada de decisões equivocadas, como a apresentada no exemplo a seguir.

“Uma companhia aérea negou-se a transportar material médico por este portar um certificado de esterilização por irradiação.”

Física na Escola, v.8, n.2. 2007 (adaptado).

A decisão tomada pela companhia é equivocada, pois:

Ilustração: Rapaz corpulento de camiseta, short e tênis acenando

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