QUÍMICA NUCLEAR

1. Marcelo Polonio Muler Rodrigo Tosetto QUÍMICA NUCLEAR Engenharia de Produção

2. ► Introdução ► Decaimento radioativo ► Equações nucleares ► Padrões de estabilidade nuclear ► Transmutações nucleares ► Velocidades de decaimento radioativo ► Detecção de radioatividade ► Variações de energia nas reações nucleares ► Fissão nuclear ► Fusão nuclear ► Efeitos biológicos Tópicos do capítulo 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 02/24

3. Química nuclear: o que é? É o estudo das reações que ocorrem com o núcleo dos átomos. Introdução 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 03/24

4. Onde é utilizada? Os elementos radioativos são muito utilizados em medicina, como ferramenta de diagnóstico e tratamento; na datação de artefatos históricos; na produção de eletricidade e na fabricação de armamentos. Introdução 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 04/24

5. É a desintegração de um núcleo através da emissão radiação. A radiação é um tipo de emissão de energia que pode se propagar por meio de partículas ou por meio de ondas eletromagnéticas. Se um núcleo se encontrar numa situação de instabilidade, seja por ter excesso de prótons, nêutrons ou ambos, tende a transformar-se em outro nuclídeo mais estável. Decaimento radioativo 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 05/24

6. ► Emissão alfa (α) ► Emissão beta (β) ► Radiação gama () ► Emissão de pósitron ► Captura de elétron Decaimento radioativo 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 06/24

7. O decaimento radioativo é representado por uma equação nuclear, como as seguintes: Equações nucleares Os números de massa e os números atômicos devem ser balanceados em todas as equações do tipo. 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 07/24

8. ► Relação nêutron-próton Para que um grande número de prótons possa estar localizado no pequeno volume do núcleo, existe uma força chamada de “força nuclear forte” atuando entre os núcleons, estando os nêutrons intimamente envolvidos com essa força. Quanto mais prótons no núcleo, mais nêutrons são necessários para mantê-lo unido. Padrões de estabilidade nuclear 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 08/24

9. ► Série de radioatividade Alguns núcleos, como o urânio-238, não podem ganhar estabilidade por uma única emissão. Assim ocorre uma série de emissões sucessivas. Uma série de reações nucleares que começa com um núcleo instável e termina com um núcleo estável é conhecida como série de radioatividade. Três dessas séries ocorrem na natureza. Padrões de estabilidade nuclear 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 09/24

10. Um núcleo pode trocar de identidade se for atingido por um nêutron ou por outro núcleo. As reações nucleares que ocorrem desta forma são chamadas de transmutações nucleares. As reações nucleares também podem ser induzidas quando se golpeia o núcleo com partículas como a alfa. Assim ocorre a síntese de centenas de radioisótopos em laboratório. Transmutações nucleares 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 10/24

11. ► Uso de partículas carregadas Partículas carregadas, coma as alfa, devem se mover muito rapidamente para superar a repulsão eletrostática entre elas e o núcleo alvo. Quanto maior a carga do projétil ou do alvo, maior deve ser a velocidade do projétil para possibilitar a reação. ► Uso de nêutrons A vantagem no uso dos nêutrons é que eles não precisam ser acelerados para produzirem reações nucleares, pois não são repelidos pelo núcleo. Muitos isótopos sintéticos usados na medicina e na ciência são produzidos através dos nêutrons como projéteis. Transmutações nucleares 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 11/24

12. Transmutações nucleares ► Elementos transurânicos Têm este nome pois aparecem após o urânio na tabela periódica. Podem ser produzidos em laboratório pela transmutação artificial. Os elementos 93 e 94 foram sintetizados pela primeira vez em 1940 através do bombardeamento de urânio com nêutrons. 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 12/24

13. ► Meia-vida Tempo necessário para metade da quantidade de uma substância reagir. Cada isótopo possui meia-vida característica. ► Datação Como a meia-vida de qualquer nuclídeo é constante, a meia-vida pode servir como um relógio nuclear para determinar a idade de diferentes objetos. Velocidades de decaimento radioativo 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 13/24

14. ► Cálculos baseados na meia-vida Permitem saber a idade de um objeto (1) assim como a meia-vida de um determinado isótopo (2). Velocidades de decaimento radioativo (1) (2) ► Nt é o número de núcleos após o intervalo de tempo t. ► N0 é o número inicial de núcleos ► k é a constante de decaimento. 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 14/24

15. ► Contador de cintilações Baseado nos sinais de luz produzidos quando a radiação atinge uma substância fosforescente (substância que emitem luz quando excitadas pela radiação) adequada. ► Contador de Geiger Ionização da matéria. ► Lâmina fotográfica Detecção de radioatividade 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 15/24

16. ► Rastreador radioativo Como os radioisótopos são facilmente detectados, eles são usados para seguir um dado elemento em suas reações químicas. O caminho do elemento é revelado pela radioatividade dos radioisótopos. Assim ele é chamado de rastreador radioativo. Atualmente são muito utilizados na medicina. Detecção de radioatividade 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 16/24

17. Variações de energia nas reações nucleares Ex: O hélio temmassa atômica = 4,00150 u A massa de próton é 1,00728 u A massa denêutron é 1,00866 u 2 x 1,00728 + 2 x 1,00866 - 4,00150 = 0,03038 u ► E = mc² ► Energia de Coesão 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 17/24

18. Variações de energia nas reações nucleares ► Aplicando a equação de Einstein 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 18/24

19. Fissão Nuclear ► Reação em cadeia 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 19/24

20. Fissão Nuclear ► Massa crítica ► Massa supercrítica 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 20/24

21. Fissão Nuclear ► Reatores Nucleares 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 21/24

22. Fusão Nuclear ► Quando dois ou mais núcleos atômicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico. ► Temperatura muita alta para acontecer a fusão. Ex.: 40.000.000 K para fundir! ► Tokamak 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 22/24

23. Efeitos Biológicos da Radiação 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 23/24

24. Referências bibliográficas ► Química: A Ciência Central, 9ª edição Brown, Lemay e Bursten ► Wikipedia pt.wikipedia.org 03/06/09 Marcelo Polonio Muler / Rodrigo Tosetto EPR UNIFEI 24/24