O que ocorre durante a emissão de uma partícula alfa por um radioisótopo?

Um �tomo pode emitir uma radia��o alfa,

Considerando-se essas informa��es sobre a s�rie radioativa do ur�nio 238, � correto afirmar:

a)

As radia��es beta, emitidas at� o final da s�rie de desintegra��o natural do ur�nio 238, somam 6 part�culas, representadas por y na equa��o nuclear.

O n�mero de part�culas alfa, representado por x na equa��o nuclear, emitidas pelo ur�nio 238, at� chegar ao chumbo 206, � igual a 10.

O r�dio 226, 

O bismuto 214,

Os elementos radioativos naturais s�o mais pesados que o chumbo 206.

A radioatividade é um fenômeno que resulta da emissão de energia por átomos, provocada em decorrência de uma desintegração, ou instabilidade, do núcleo de elementos químicos.

Uma reação nuclear é diferente de uma reação química. Em transformações nucleares o núcleo do átomo sofre alterações, já as reações químicas ocorrem na eletrosfera do átomo.

Desta forma, um átomo pode se transformar em outro átomo e, quando isso acontece, significa que ele é radioativo.

Em resumo, as partículas radioativas e suas as características são:

A radioatividade tem muitas aplicações na sociedade. Desde a sua descoberta, grandes avanços científicos foram alcançados gerando desenvolvimento tecnológico.

A emissão de radiação tem utilizações em diferentes setores como na medicina, geologia, indústria e armamento.

Tipos de Radioatividade

A radioatividade das partículas Alfa, Beta e das ondas Gama são as mais comuns. O tipo de radiação determina o poder de penetração na matéria, que são, respectivamente, baixa, média e alta.

Emissões Alfa

São partículas pesadas de carga positiva, que possuem carga elétrica +2 e massa igual a 4.

Por possuir 2 prótons e 2 nêutrons, seu núcleo é comparado ao do elemento químico hélio, e por isso, alguns autores também a chamam de “hélion”.

Possui pequeno poder de penetração, e por isso a sua radioatividade pode ser impedida por uma folha de papel.

Emissões Beta

São partículas leves, de carga negativa e que não contêm massa. O elétron da partícula é produzido por reações nucleares a partir de um nêutron e possui alta velocidade.

Nessa reação, um nêutron instável se desintegra, convertendo-se em um próton, que permanece no núcleo, há a emissão de um elétron em alta velocidade e do neutrino, cuja massa e carga são desprezíveis.

Possui poder de penetração superior a radioatividade alfa, podendo penetrar uma folha de papel, mas não uma placa de metal.

Emissões Gama

São ondas eletromagnéticas de altíssima frequência e que não possuem massa e carga elétrica.

A sua capacidade de penetração é superior aos raios-X e faz com que a sua radioatividade passe tanto pelo papel como pelo metal.

A radiação gama é bem mais penetrante que os outros dois tipos devido o seu comprimento de onda ser bem menor, podendo facilmente atravessar todo o nosso organismo.

À medida que a radiação é emitida, o átomo se desintegra, o que resulta na sua transformação, pois é o número atômico que determina o elemento químico.

O tempo que essa desintegração do elemento leva para reduzir a sua massa pela metade é chamado de meia-vida ou período de semi desintegração.

Saiba mais sobre radiação.

Leis da Radioatividade

Os estudos sobre as emissões radioativas contribuíram para criação de duas leis sobre as desintegrações que ocorrem em núcleos atômicos.

Em 1911, Frederick Soddy formulou a Primeira Lei da Radioatividade, a respeito das emissões alfa, que se tornou conhecida como Lei de Soddy:

Um átomo instável emite uma partícula alfa (α), diminui o número atômico (Z) em duas unidades, ao passo que o número de massa (A) diminui em quatro unidades. Assim: 24α

Segundo essa lei, um novo elemento químico pode ser formado com número atômico com duas unidades a menos que o elemento inicial.

Exemplo:

O urânio-238 ao emitir uma partícula alfa gera o elemento tório. Da mesma maneira, o tório pode emitir uma partícula alfa e levar à formação do elemento rádio.

A partir dos exemplos anteriores, podemos propor de maneira genérica uma equação para emissões alfa:

Em 1913, Frederick Soddy, Kasimir Fajans e Smith Russell criaram a Segunda Lei da Radioatividade, também conhecida como Lei de Soddy, Fajans e Russell:

Um átomo instável emite uma partícula beta (β), aumenta o número atômico (Z) em uma unidade, ao passo que o número de massa (A) permanece o mesmo. Assim: -10β

De acordo com essa lei, o elemento criado é isóbaro do elemento inicial, pois possuem mesma massa atômica e números atômicos com diferença de uma unidade.

Exemplo:

Quando ocorre uma emissão beta, há a conversão de um nêutron em um próton, modificando o número atômico e consequentemente um novo elemento é formado.

Elementos Radioativos

A radioatividade pode ser natural, encontrada em elementos que estão dispostos na natureza ou artificial, pela criação de elementos radioativos em laboratório.

Os elementos radioativos naturais são encontradas na natureza, donde os elementos radioativos são transformados por meio de desintegrações, até chegarem num elemento químico estável, por exemplo, o urânio, o actínio e o tório.

Os elementos radioativos artificiais são obtidos artificialmente nas reações de transmutação, que produzem um novo elemento químico radioativo, por exemplo: iodo-131 e o fósforo-30.

Decaimento radioativo

À medida que a radiação é emitida, o átomo se desintegra, o que resulta na sua transformação, pois é o número atômico que determina o elemento químico.

No decaimento radioativo há a diminuição da atividade radioativa e o tempo que essa desintegração do elemento leva para reduzir a sua massa pela metade é chamado de meia vida ou período de semi desintegração.

Descoberta da radioatividade

A radioatividade foi descoberta em 1896 por Henri Becquerel, ao investigar a fosforescência natural das substâncias.

O casal Pierre e Marie Curie dedicou-se ao estudo das emissões radioativas e constatou que essa era uma propriedade de determinados elementos químicos. Inclusive, durante essas pesquisas descobriram dois novos elementos radioativos: rádio e polônio.

Em 1898 Ernest Rutherford descobriu as emissões radioativas alfa e beta. Um terceiro tipo de radioatividade, a emissão gama, foi descoberta em 1900, pelo químico e físico francês Paul Ulrich Villard.

Aplicações da radioatividade

Radioatividade na medicina

A radioatividade na medicina é utilizada através dos exames de raio-x, cuja radiação atravessa os tecidos com o objetivo de mostrar internamente o corpo humano.

Outra aplicação é na radioterapia para o tratamento do câncer com emissão de radiação. Como as células cancerígenas são mais sensíveis à radiação é possível destruí-las com dosagens controladas sem afetar as células normais.

Os radioisótopos também podem ser utilizados no diagnóstico de doenças, tratamento de tumores e como marcadores para informar o estado de saúde dos órgãos.

Datação por Carbono-14

Na natureza existe três isótopos do carbono:

O menos abundante deles, o carbono-14, por ser radioativo, é utilizado para determinar a idade de objetos antigos.

O teor de carbono-14 é de 10 ppb e na atmosfera ele é incorporado na forma de CO2.

Sendo assim, seres fotossintetizantes absorvem esse radioisótopo e ele é transferido para os demais seres vivos pelas cadeias alimentares.

Com a mesma velocidade que o carbono-14 se forma, ele se desintegra por meio de decaimento beta.

Ao observar múmias e fósseis é possível perceber que o teor de carbono é inferior a 10 ppb, e como seu tempo de meia-vida é de 5730 anos, com esses dados é possível determinar a idade do ser encontrado.

Usina nuclear

Nesse sistema, as reações nucleares são manipuladas de forma controlada para a produção de energia na forma de calor.

O calor produzido é utilizado no aquecimento de água, e o vapor gerado movimenta turbinas geradoras de eletricidade.

Devido o crescimento populacional e a busca para diversificação da matriz energética, hoje a energia nuclear é responsável por 17% da geração de energia elétrica no mundo.

O Brasil, apesar de possuir enorme potencial hidrelétrico, também produz energia elétrica a partir da energia nuclear através das usinas nucleares Angra 1 e Angra 2.

Lixo Radioativo

A poluição radioativa é um dos problemas do uso da radioatividade.

Os resíduos dos materiais compostos por elementos radioativos representam um grande risco à população, uma vez que podem provocar doenças, tal como o câncer.

Diversas áreas (medicina, engenharia, antropologia, entre tantas outras) fazem uso de materiais que contém radioatividade.

Assim, os cuidados com os resíduos são indispensáveis para que esse tipo de lixo não contamine o ambiente ou, ainda, resulte em acidentes nucleares.

É o caso do conhecido Acidente de Chernobyl ocorrido em 1986 na Ucrânia. No nosso país, o Acidente Césio-137 aconteceu no ano seguinte, em 1987, em Goiânia, e foi provocado por um aparelho de radioterapia abandonado.

Exercícios resolvidos sobre radioatividade

Questão 1

Após emitir 2 partículas alfa no (Urânio), qual o elemento químico obtido?

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Resposta: Rádio.

Segundo a Primeira Lei da Radioatividade, ao emitir uma partícula alfa, o elemento inicial perde 4 unidades de sua massa atômica e 2 unidades de seu número atômico, da seguinte forma:

Para resolver esse exercício substituímos x e y, respectivamente, pelos número de massa e número atômico do urânio.

Entretanto, essa equação é para emissão de uma partícula alfa.

Já para emissão de duas partículas, como pede a questão, resolvemos a equação da seguinte forma:

Sendo assim, o elemento formado possui 8 unidades a menos que a massa de urânio e 4 unidades a menos do número atômico.

E o resultado é:

Como a tabela periódica está organizada por ordem crescente de número atômico, basta consultá-la para saber qual o elemento químico formado.

Trata-se do rádio, cujo símbolo é Ra e o número atômico é 88.

Questão 2

Equacione a emissão β pelo .

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Resposta:

Conforme a Segunda Lei da Radioatividade, ao emitir uma partícula beta, o elemento químico formado tem o número atômico uma unidade maior do que elemento inicial.

Para resolver esse exercício substituímos x e y, respectivamente, pelos número de massa e número atômico do bismuto.

O elemento formado é isóbaro do bismuto: possuem a mesma massa, mas são elementos químicos diferentes (diferente número de prótons).

Como a tabela periódica está organizada por ordem crescente de número atômico, basta consultá-la para saber qual o elemento formado.

Trata-se do polônio, cujo símbolo é Po e o número atômico é 84.

Questão 3

Identifique o símbolo que substituiria corretamente a interrogação nas seguintes equações radioquímicas:

a)

Ver Resposta

Resposta: Po.

Pela equação genérica podemos encontrar a massa e número atômico do elemento gerado:

Ao fazermos o inverso, conseguimos encontrar os dados do elemento químico inicial:

Substituindo x e y pelos valores dados na questão, temos que:

E obtemos o resultado:

Como a tabela periódica está organizada por ordem crescente de número atômico, basta consultá-la para saber qual o elemento inicial.

Trata-se do polônio, cujo símbolo é Po e o número atômico é 84.

b)

Ver Resposta

Resposta: Co.

Pela equação genérica podemos encontrar a massa e número atômico gerado:

Ao fazermos o inverso, conseguimos encontrar os dados do elemento químico inicial:

Substituindo x e y pelos valores dados na questão, temos que:

E obtemos o resultado:

Como a tabela periódica está organizada por ordem crescente de número atômico, basta consultá-la para saber qual o elemento inicial.

Trata-se do cobalto, cujo símbolo é Co e o número atômico é 27.

Questão 4

Na sequência radioativa:

temos, sucessivamente, quais emissões?

a) α, β, β, α.
b) β, α, α, β.
c) α, γ, γ, α.
d) γ, β, β, γ.
e) α, β, γ, α.

Ver Resposta

Alternativa correta: a) α, β, β, α.

Os elementos B, C e D são isóbaros, ou seja, possuem mesma massa e números atômicos diferentes.

Se olharmos os números atômicos desses elementos, percebemos que eles são diferentes em uma unidade.

Por isso, temos que a emissão radioativa beta gerou os elementos C e D da seguinte forma:

O elemento B foi gerado de uma emissão alfa do elemento A, pois sua massa é quatro unidades menor que a massa do elemento inicial, assim como seu número atômico é duas vezes menor.

O mesmo acontece com o elemento E, que se formou pela emissão alfa do elemento D.

Sendo assim, a sequência de emissões radioativas é:

Questão 5

Um elemento radioativo X emite, sucessivamente, uma partícula alfa (α) e duas partículas beta (β), transformando-se no elemento Y. Os elementos X e Y são o quê?

a) Isótopos.
b) Isóbaros.
c) Isômeros.
d) Isótonos.
e) Isotônicos.

Ver Resposta

Alternativa correta: a) Isótopos.

Uma partícula alfa é formada por dois prótons e dois nêutrons.

Uma emissão beta é formada pela desintegração de um nêutron, gerando um próton no núcleo e emitindo um elétron em alta velocidade.

Com a emissão de uma partícula alfa, o elemento X diminui dois prótons.

Ao emitir duas partículas beta, ganha-se dois prótons e o número atômico do elemento Y se torna igual ao X.

Sendo assim, X e Y são isótopos, pois possuem o número número de prótons (número atômico) e massas diferentes.

Vejamos a resolução dessa questão atribuindo valores.

Se hipoteticamente X tem massa igual a 230 e número atômico igual a 90, as emissões gerariam os seguintes resultados:

Emissão da partícula alfa

Emissão da primeira partícula beta

Emissão da segunda partícula beta

O que caracteriza um elemento químico é o número de prótons no seu núcleo, ou seja, o número atômico.

Como o elemento inicial e final tem o mesmo número de prótons, então é o mesmo elemento químico e seus isótopos são X-230 e X-226.

As outras alternativas são:

b) Isóbaros são elementos diferentes com mesmo número de massa.

Exemplo: Cálcio, potássio e argônio.

c) Isômeros são substâncias diferentes com mesma fórmula molecular.

Exemplo: 9-hidroxidec-2-enoico e 10-hidroxidec-2-enoico são isômeros estruturais, pois possuem a mesma fórmula molecular, mas a hidroxila está em carbonos diferentes.

d) Isótonos são átomos com mesmo número de nêutrons e diferente número de prótons.

Exemplo: Magnésio e silício.

e) Isotônicos são soluções com a mesma concentração de espécies químicas de um outro meio.

Exemplo: Soro fisiológico é isotônico ao sangue, pois contém 0,9% de NaCl.

Encontre aqui mais questões de vestibulares sobre o tema: Exercícios sobre radioatividade.

Referências Bibliográficas

ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.

FELTRE, Ricardo. Fundamentos de Química: vol. único. 4ª.ed. São Paulo: Moderna, 2005.

Lee, J. D. Química inorgânica não tão concisa. Tradução da 5ª ed. inglesa. Editora Edgard Blücher Ltda. 1999.

Bacharela em Química Tecnológica e Industrial pela Universidade Federal de Alagoas (2018) e Técnica em Química pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco (2011).

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