É a propriedade
que os núcleos atômicos instáveis possuem de emitir partículas e radiações
eletromagnéticas, para se transformarem em outros núcleos mais estáveis.
Esse fenômeno espontâneo é chamado de reação de desintegração
radioativa ou reação de transmutação ou reação de decaimento.
Uma reação química afeta apenas
os elétrons da camada mais externa, enquanto que uma reação nuclear altera
os núcleos atômicos dos elementos envolvidos, sendo muito mais difícil
controlar e executar esse tipo de reação.
Para exemplificar melhor, uma reação
de combustão de 12g de carvão liberam 94 kcal de energia, que permite elevar
de 20O C para 100O C, 1175g de água (1,17 L de água).
A reação nuclear correspondente a bomba de hidrogênio (1H1
+ 1H3 à
2He4) libera 5x108 kcal, para cada 4g de
hidrogênio. Essa quantidade de calor permite elevar de 20O C para
100O C, 6250 t de água (6,25x109g – 6.223.404 L de água).
v
Tipo de
partículas:
q
Partícula
alfa (2a4): São todas as partículas de carga positiva, sendo formadas
por dois prótons e dois nêutrons, conhecida também como núcleo de hélio.
Mal conseguem atravessar uma folha de papel, sendo a partícula com menor
poder de penetração. Sua velocidade é aproximadamente de 1/10
da velocidade da luz;
q
Partícula
beta (-1b0): São todas as partículas de carga negativa que possuem
origem no núcleo (saem do núcleo), na forma de elétrons com massa desprezível.
Atravessam uma folha de papel, mas é detida por uma lamina de alumínio com
espessura de 1mm. Seu poder de penetração e, portanto, maior que o da partícula
a.
Sua velocidade é aproximadamente 9/10
da velocidade da luz;
q
Radiação
gama (0g0): Não são partículas, mas ondas eletromagnéticas
semelhantes à luz, porém, de comprimento de onda muitíssimo menor e,
portanto, de energia muito mais elevada. Atravessam tanto o papel quanto a
lamina de alumínio mas é detida por uma placa de chumbo com espessura de 8
mm. Dessa forma, representam o perigo máximo do ponto de vista fisiológico.
Sua velocidade é igual à velocidade da luz. Na radioatividade natural, elas
sempre estão acompanhadas das partículas a
ou b.
v
Leis
da radioatividade:
q
1ª
Lei ou Lei de Soddy: “Quando um elemento radioativo emite uma partícula
a,
dá origem a um novo elemento que possui número de massa 4 unidades menor e número
atômico 2 unidades menor que o elemento original”. Pode ser representado da
seguinte forma:
ZXA à 2a4 + Z-2YA-4
q
2ª
Lei ou Lei de Soddy, Fajans e Russel:
“Ao emitir uma partícula b,
um elemento químico origina um novo elemento com mesma massa atômica porém
com número atômico acrescido de uma unidade”. Pode ser representado da
seguinte forma:
ZXA
à
-1b0
+ Z+1YA
Ø
A
soma dos índices superiores e inferiores do primeiro membro é igual à soma
dos índices superiores e inferiores do segundo membro.
1.
Complete as
reações nucleares, utilizando a tabela periódica:
a)
1H3
à 2He3
+
b)
7N15
+ p à 6C12
+
c)
19K39 + n à 17Cl36 +
d)
7N14
+ a à
8O17 +
2.
Indique os números atômicos e os números de massa dos elementos que
completam as reações de transmutação a seguir:
a)
92U238
+ 2n à D
b)
92U239 à 4b + Q
c)
93Np239 à 3b + T
d)
80X180 + 2n à
a
+ Y
3.
O elemento radioativo natural 90Th232 , após uma
série de emissões a
e b,
converte-se em um isótopo, não radioativo, estável, do elemento 82Pb208,
Qual o número de partículas a
e b
emitidas após este processo?
R: 6 e 4
4.
Sabendo que o átomo 92U235 emite três partículas
a
e duas partículas b,
determine o número atômico e o número de massa do átomo do elemento
resultante. R:88 e 223
5.
Um átomo de um elemento radioativo 92X239 sofre
desintegração, transformando-se em 86Y207 Qual é o número de partículas
a
e b?
R: 8 e 10
6.
(Vunesp-SP) O alumínio poder ser transformado em fósforo pelo
bombardeamento com núcleos de hélio, de acordo com a equação: 13Al27
+ 2H4 à
YPX + n. Determine os valores de X e Y . R:30 e 15
7.
(Unirio) Um radioisótopo emite uma partícula a e posteriormente uma partícula b,
obtendo-se ao final o elemento 91Pa234. Qual o número
de massa e o número atômico do radioisótopo original? R:238 e 92
8.
(UESC-BA) Considere-se a transformação do nuclídeo 90Th231
no nuclídeo 86Rn219. Determine quantas partículas a
e b
são emitidas nesta transformação? R:3 e 2
9.
(PUC-PR) Supondo que um elemento Y, de massa atômica 238 e número atômico
92, emita, em seqüência, 3 partículas a
e uma partícula b,
qual a massa atômica e o número atômico do elemento químico resultante do
processo? R: 226 e 87
10.
(Vunesp-SP) No processo de desintegração natural de 92U238,
pela emissão sucessiva de partícula a
e b,
forma-se o 88Ra226. Qual o número de partículas a
e b
emitidas neste processo? R: 3 e 2
11.
(Cesgranrio) Na obtenção de um dado elemento transurânico, por meio
de reações nucleares:
92U238 + n à
A + g
e A à B + b.
Qual o número atômico e de massa do isótopo B desse elemento transurânico?
R: 93 e 239
12.
(PUC-SP) Quando um dos isótopos do bismuto emite uma partícula a
há formação do 81Tl210. Qual o número de prótons e
nêutrons desse isótopo? R:83 e 131
v
Tempo
de meia-vida ou período de semi-desintegração (P) :
É o tempo necessário para desintegrar a metade dos átomos radioativos
existentes em uma dada amostra.
Período ou meia-vida è
ou
Período ou meia-vida è
v
Vida-média
(Vm): É, estatisticamente, uma estimativa de tempo para que todos
os átomos desse elemento sejam desintegrados.
v
Constante
radioativa (C): Indica a fração de átomos desintegrados na unidade
de tempo. Matematicamente pode-se provar que a vida-média é o inverso da
constante radioativa:
.
v
Velocidade
de desintegração (V): É a relação entre o número de átomos que sofreu
desintegração por emissão de partículas a e/ou b
e o número de átomos iniciais em um intervalo de tempo. è
13.
(UFU-MG) Preparam-se 8mg do radioisótopo 84Po218,
cuja meia-vida é 3,1 minutos. Restará apenas 1mg após quanto tempo? R:9,3
14.
(Mack-SP) Um elemento radioativo tem um período de meia-vida igual a
20 minutos. Dada uma certa quantidade deste elemento, após quanto tempo sua
radioatividade se reduzirá para 25% da atual? R:40
15.
(Unifenas-MG) A meia-vida do radioisótopo 53I133
é 20 horas. Considerando massa inicial deste isótopo 2,0g, qual o tempo, em
horas, decorrido para que esta massa se reduza a 0,25g? R:60
16.
(FESP-SP) “Bomba de cobalto” é um aparelho muito usado na
radioterapia para tratamento de pacientes, especialmente portadores de câncer.
O material radioativo usado nesse aparelho é o 27Co60,
com um período de meia-vida de aproximadamente 5 anos. Admita que a bomba de
cobalto foi danificada e o material radioativo exposto à população. Após
25 anos a atividade deste elemento ainda se faz sentir num percentual, em relação
à massa inicial de:
a)
3,125%
b)
6%
c)
0,31%
d)
31,25%
e)
60%
17.
(Fuvest-SP) O cobalto-60, usado em hospitais, tem meia-vida de 5 anos.
Calcule qual a massa de cobalto-60 que restará
após 20 anos em uma amostra que inicialmente continha 10g desse isótopo?
R:0,625
18.
(Fuvest-SP) O iodo radioativo (I-131) é utilizado em estudos de
localização de tumores na tireóide. Sua meia-vida é de 8 dias. Após
quantos dias a atividade de uma amostra decairá para 25%? R:16
19.
Depois de quanto tempo 1g de um isótopo radioativo decai para
15,625mg, sabendo que a meia-vida desse isótopo é igual a 45 dias? R:270
20.
A massa de um determinado isótopo radioativo se reduz a 12,5% da massa
inicial depois de um ano. Calcule a meia-vida desse isótopo, em meses.
R:4
21.
No fim de 60 minutos, 6,4mg de um isótopo radioativo, se reduzem a
0,1mg. Calcule a meia-vida, a vida média e a constante radioativa desse isótopo
radioativo. R:10’; 14,28’ e 1/14,28’
22.
A vida média de um isótopo radiativo é igual a 20 dias. Calcule a
constante radioativa e a meia-vida desse isótopo radioativo. R: 1/20
dias-1 e 14 dias
23.
Um relógio feito há 25 anos foi fabricado com ponteiros que contém,
entre outras coisas, trítio. Qual a massa de trítio colocada no relógio
quando de sua fabricação, sabendo que hoje ele contém 1,7mg desse isótopo,
cuja meia-vida vale 12,5 anos? R: 6,8mg
24.
Após 40 dias, uma amostra 1,6g de I-131 se reduz a 50mg. Qual a
meia-vida desse radionuclídeo? R:8dias
25.
(Fatec-SP) Para determinar a idade de fósseis, recorre-se às
propriedades radiativas do carbono-14. Sabendo-se que a meia-vida desse
elemento é 5600 anos, aproximadamente, um esqueleto que apresenta uma taxa de
carbono-14 igual a 12,5% da normal deve ter morrido há aproximadamente
quantos anos? R:16800 anos
26.
O estrôncio-90 é um dos radioisótopos mais perigosos espalhados pelo
acidente de Chernobyl. Sua meia-vida é de, aproximadamente, 28 anos. Para que
1g dele se transforme em 125mg, devem ocorrer quanto tempo? R:84 anos
27.
Considerando que o lixo radioativo do acidente de Goiânia deverá
permanecer 180 anos em isolamento e tomando-se a meia-vida do césio-137 como
sendo 30 anos, que porcentagem desse nuclídeo restará ao final do
isolamento? R:1,56%
28.
(UFU-MG) O epintariscópio consiste em um aparelho que mostra, numa
tela, cintilações correspondentes a partículas a emitidas
por um elemento radioativo. A análise de uma amostra radioativa forneceu 2560
cintilações num dado instante. Passadas 144 h, a análise da mesma amostra
apresentou 160 cintilações na tela do epintariscópio. De posse desses
dados, qual a meia-vida do elemento constituinte da amostra? R:36 horas
29.
(Cesgranrio) Após 120 anos, restam 6,0g de uma amostra de Cs137.
Se a meia-vida do Cs137 é de 30 anos, qual era a massa de Cs137
na amostra original? R:96g
30.
Uma amostra de carvão mineral originado pelo soterramento de
gigantescas árvores, revelou conter 12,5% do teor de carbono-14 existente na
atmosfera. Considerando que a meia-vida do carbono-14 é de 5600 anos, há
quanto tempo foi soterrada essa árvore? R:16800
31.
Um fóssil apresenta teor de carbono-14 igual a 2,5ppb. Há quantos
anos aproximadamente ele foi formado? Dados: teor de carbono-14 na atmosfera=
10ppb. Meia-vida
do carbono-14= 5600 anos. R:11200 anos
32.
(EEM-SP) Uma massa igual a 100g de uma substância radioativa reduz a
sua atividade para 12,5g após 51 s. Calcule a constante radioativa do
elemento que constitui a substância? R:1/24,28 s-1
v
Séries
radioativas naturais: É o
conjunto de átomos relacionados entre si por sucessivas emissões de partículas
a
e b.
Os isótopos radioativos, que ocorrem espontaneamente na natureza, são
originados de três possíveis radioisótopos: 90Th232, 92U238
e 92U235. Após sucessivas desintegrações, todas
as séries produzem um isótopo estável de chumbo (82Pb). Para
determinarmos a que serie pertence determinado radioisótopo, devemos dividir
o número de massa do elemento por quatro. Conforme o resultado da divisão,
é possível obter:
q
Série do tório (4n):
Inicia no tório (90Th232) e termina no chumbo (82Pb208).
O resto da divisão por 4 da massa dos elementos dessa série é sempre zero.
q
Série do urânio (4n+2):
Inicia no urânio (92U238)
e termina no chumbo (82Pb206). O resto da divisão por 4
da massa dos elementos dessa série é sempre 2.
q
Série do actínio (4n+3):
Inicia no urânio (92Th235) e termina no chumbo (82Pb207).
O resto da divisão por 4 da massa dos elementos dessa série é sempre 3.
As
substâncias radioativas costumam ser armazenadas em recipientes de chumbo,
devido à alta densidade desse metal (11g/cm3) e não porque o
chumbo é o ponto final das séries radioativas.
33.
Para os radioisótopos que seguem, indique a que família ou serie
radioativa pertencem, justificando a resposta:
