data o por carbono 14 l.
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Mesosaurus brasiliensis , cerca de 250mil anos . DATAÇÃO POR CARBONO-14. PROFESSOR RODRIGO PENNA. Professor Rodrigo Penna. Sítio na internet: www. fisicanovestibular .com.br Blog: www.quantizado.blogspot.com Link para currículo no Sistema Lattes: http://lattes.cnpq.br/6150368513460565.

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Presentation Transcript
professor rodrigo penna
Professor Rodrigo Penna

Sítio na internet:

www.fisicanovestibular.com.br

Blog: www.quantizado.blogspot.com

Link para currículo no Sistema Lattes:

http://lattes.cnpq.br/6150368513460565

EMAILs

professorrodrigopenna@yahoo.com.br

penna@nuclear.ufmg.br

introdu o
INTRODUÇÃO
  • A maior parte dos elementos químicos constantes na tabela periódica possui isótopos: mesmo número atômico Z e número de massa A diferente.
  • O Carbono é chamado por muitos cientistas o “elemento da vida”. Não se conhece ser vivo sem a presença de Carbono.
  • Ele também possui isótopos: , e .
  • O último, Carbono-14, é radioativo.

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os carbonos
OS CARBONOS

Professor Rodrigo Penna

origem do carbono 14
ORIGEM DO CARBONO-14
  • O Carbono-14 é um radionuclídeo cosmogênico.
  • A radiação cósmica, formada essencialmente por partículas de alta energia (centenas de MeV até GeVs) e raios , incide sobre a Terra e reações nucleares formam o Carbono-14 continuamente.
  • Hidrogênio-3 (Trítio ou Trício) também é formado.
  • Assim, o carbono radioativo, formado na alta atmosfera, acaba entrando no ciclo da vida.

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a rea o nuclear
A REAÇÃO NUCLEAR
  • A maior parte (quase 80%) dos gases

atmosféricos são na verdade Nitrogênio: .

  • O bombardeio de nêutronscósmicos dá origem à reação:

14N(n,p)14C -

  • Após sua formação, o Carbono-14 é oxidado (reage com Oxigênio, também presente na própria atmosfera) formando o famoso “Gás Carbônico” 14CO2. E então o 14C “cai” no ciclo global do carbono.

Professor Rodrigo Penna

a atmosfera
A ATMOSFERA

Professor Rodrigo Penna

constitui o do ar
CONSTITUIÇÃO DO AR

Observe que a proporção de Gás Carbônico em

relação ao volume total no ar é pequena.

Mas, não deixa de ser relevante, os 0,03% , com

relação à outras substâncias, visto que se

destaca em relação aos constitiuintes que

sequer aparecem, estatisticamente,

misturados aos 0,01% restantes.

Professor Rodrigo Penna

a produ o do 14 c
A PRODUÇÃO DO 14C
  • A taxa de produção de Carbono-14 por incidência de radiação cósmica é de aproximadamente 2 átomos por segundo para cada cm2 de superfície da Terra (Levin).
  • Parece muito, pois a superfície da Terra é de fato grande para os padrões humanos. Porém, um átomo é de tamanho ínfimo: da ordem de 10-10 m! Em um cm3 (1ml) cabem da ordem de 1013 átomos “colados”: 10.000.000.000.000!!!!!!! DEZENAS DE TRILHÕES DE ÁTOMOS EM 1 cm3!

Professor Rodrigo Penna

ciclo do carbono 14
CICLO DO CARBONO-14

Diagrama indicando a formação natural do 14C na alta atmosfera, sua incorporação nos seres vivos (vegetais e animais) e o decaimento radioativo após a morte dos mesmos.

Professor Rodrigo Penna

decaimento do 14 c
DECAIMENTO DO 14C
  • Como todo radioisótopo, o 14C também decai. Seu decaimento é do tipo - e a transmutação resulta novamente no 14N. Equação:
  • A meia-vida T1/2 do Carbono-14 é de 5.730anos, mas, por convenção, utiliza-se até hoje o valor determinado na década de 50, 5.568anos, que apresenta um erro de cerca de 3%.

Professor Rodrigo Penna

esquema de decaimento

5.730 ANOS

2 X 5.730 = 11.460 ANOS

AO

AO / 2

AO / 4

3 X 5.730 = 17.190 ANOS

4 X 5.730 = 22.920 ANOS

AO / 16

...

AO / 8

ESQUEMA DE DECAIMENTO

O princípio básico da datação por Carbono-14 é o decaimento

deste radioisótopo. Este decaimento é regido pela

já conhecida equação:

A = AO . e -  . t

Porém, existem mais detalhes e sofisticações que

trataremos a seguir.

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hist rico

W.F.Libby

HISTÓRICO
  • O método de datação por 14C foi inventado por Willard F. Libby (1908-1980) em 1949. Recebeu o Nobel de Química em 1960.
  • Tornou-se a principal ferramenta de determinação cronológica de episódios ocorridos a até 40-50.000 anos passados.
  • É utilizado em Arqueologia, Geologia, Paleobotânica, Paleoclimatologia, etc.
  • Foi colocado em prática 1 ano após a sua invenção, ou seja, em 1.950 .

Professor Rodrigo Penna

o carbono na vida
O CARBONO NA VIDA
  • As plantas absorvem CO2 na FOTOSSÍNTESE.
  • Como 14CO2 é produzido pela radiação cósmica na atmosfera, o 14C é incorporado pelas plantas, numa pequena fração em relação aos átomos de 12C.
  • Gás carbônico se dissolve nos oceanos e está disponível também ao plâncton.
  • Animais se alimentam de plantas, incorporando também o 14C (junto com o 12C!) .
  • Assim, todos os seres, durante a vida, se reabastecem continuamente de 14C, que DECAI, e tende a acabar!

Professor Rodrigo Penna

representa o

14C DECAI!

Tende a

ACABAR!

14C

(atmosfera)

Animais

Plantas

SE ABASTECEM DE14C

REPRESENTAÇÃO
  • A distribuição isotópica do Carbono é a seguinte: aproximadamente 98,89% de todo o carbono na natureza é 12C e 1,11% é 13C. Observe que a proporção de 14C é mínima, depois da segunda casa decimal! Mas, o reabastecimento constante faz com que os seres vivos tendam a manter a mesmaproporção de 14C presente no meio ambiente.

Reabastecimento contínuo durante a vida!

Professor Rodrigo Penna

o equil brio
O EQUILÍBRIO
  • O constante reabastecimento 14C de faz com que a proporção entre 14C/12C seja aproximadamente a mesma do ambiente (atmosfera). Isto é o Equilíbrio.
  • Como conhecemos a meia-vida T1/2 do 14C e o número de átomos de Carbono em 1g, pode-se calcular o número de decaimentos por grama: chega-se a algo em torno de 15 decaimentos por minuto por grama de Carbono em organismos VIVOS.

Professor Rodrigo Penna

desequil brio e data o
DESEQUILÍBRIO E DATAÇÃO
  • Após a morte do ser vivo, o equilíbriose desfaz!
  • Plantas deixam de fazer Fotossíntese e animais de se alimentar. Não incorporam mais 14C.
  • Assim, a proporção de14C num organismo morto tende a diminuir em relação ao ambiente, já que o carbono radioativo decai.
  • Tendo a meia-vida conhecida, é possível calcular então a presumível idade em que ocorreu a morte, e consequentemente ter um parâmetro temporal confiável sobre o evento (datar!).

Professor Rodrigo Penna

novamente o importante ciclo do carbono 14
NOVAMENTE O IMPORTANTECICLO DO CARBONO-14

Todo o esquema descrito

anteriormente representado

na forma de ciclo.

Professor Rodrigo Penna

exemplo f ssil de madeira

Planta viva, na antigüidade,

trocando 14Ccom o ambiente

através da Fotossíntese.

Datação do

fóssil pela

atividade

do 14C:

T1/2 = 5.730

anos.

EXEMPLO: FÓSSIL DE MADEIRA

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detalhamento 1
DETALHAMENTO - 1
  • Infelizmente, não se pode simplesmente pegar uma amostra e medir a sua atividade radioativa.
  • Vários radionuclídeos estão incorporados aos organismos vivos, não só o Carbono-14.
  • Medir a atividade somente acarretaria em erro!
  • Por exemplo, no caso de um fóssil humano, entre 60 e 70% da dose total interna de radiação é proveniente do Potássio-40 e ele custa a acabar: meia-vida de 1.251 bilhões de anos!

Professor Rodrigo Penna

detalhamento 2
DETALHAMENTO - 2
  • Assim, ao encontrar uma amostra, em primeiro lugar é preciso processar e separar O CARBONO.
  • São utilizados processos Físicos e Químicos além do nosso interesse específico.
  • A atividade radioativa da amostra de CARBONO, apenas CARBONO, é então medida.
  • Posteriormente, é comparada com a conhecida taxa de equilíbrio para só então poder se calcular a idade estabelecendo a datação.
  • Fica claro que uma limitação do método do14C é o fato de que ele só se aplica a amostras que contenham CARBONO (basicamente para datar seres vivos, mas que já morreram, claro!)

Professor Rodrigo Penna

erros no processo
ERROS NO PROCESSO
  • Ainda assim, a datação por Carbono-14 é um processo susceptível a vários erros, que em análises rigorosas precisam ser levados em conta, a saber:
    • Erros no preparo e processamento da amostra;
    • Mudanças na concentração de 14C na atmosfera em períodos passados, devido à mudanças no campo magnético da Terra e na atividade solar;
    • Aumento na concentração de 14C na atmosfera após 1.950 devido a testes nucleares...

PARA MINIMIZAR O ERRO, USA-SE MAIS DE UMA AMOSTRA

OU OUTRO MÉTODO DE DATAÇÃO PARA COMPARAR.

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efeito fallout
EFEITO “FALLOUT”
  • É também conhecido como poeira radioativa.
  • Devido aos testes nucleares dos anos 50 e 60, principalmente.
  • Ocasionou a formação de vários radionuclídeos, inclusive o 14C.
  • Calcula-se que dos 2.1030 átomos de 14C existentes antes foram acrescentados 6.1028 devido aos testes.
  • No entanto, o acréscimo na atividade do 14C atmosférico tem contribuído para os estudos ambientais e climatológicos recentes.

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outros m todos de data o
OUTROS MÉTODOS DE DATAÇÃO
  • Termoluminescência. Exemplo: cerâmica. Até 1milhão de anos com 10% de precisão. Vantagem: mais barato. Brasil: USP e UFS.
  • Luminescência opticamente estimulada. Não é necessário aquecer a amostra. Assim, pode ser usado em ossadas. Brasil: Faculdade de Tecnologia de São Paulo.
  • Ressonância paramagnética nuclear. Menos sensível que a termoluminescência, mas permite datar com 10% de precisão de 1.000 a 1milhão de anos.
    • Polêmica interessante: pesquisadores da USP e do Piauí dataram por ressonância pinturas rupestres neste estado encontrando 35.000 anos (em 2002). Estrangeiros dataram por Carbono-14 encontrando 3.800 anos. As teorias atuais indicam que o continente Americano foi ocupado a partir de 12.000 anos atrás.
  • Aminoácidos. Serve para seres vivos. Utiliza peculiaridades da Química: isomeria óptica.
  • Novos métodos estão constantemente sendo desenvolvidos.

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data o de rochas

Parent

Half-life(billion yrs.)

Daughter

Materials Dated

Zircon, uraninite, pitchblende

Muscovite, biotite, hornblende, volcanic rock, glauconite, K-feldspar

Zircon, uraninite, pitchblende

K-micas, K-feldspars, biotite, metamorphic rock, glauconite

DATAÇÃO DE ROCHAS

Radionúclideos que possibilitam estudos de processos geológicos.

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sofistica es na t cnica do carbono 14

Exemplo da análise de

um espectômetro.

SOFISTICAÇÕES NA TÉCNICA DO CARBONO-14
  • Com o uso de aceleradores (inclusive Cyclotrons ou outros modelos) e espectômetros de massa é possível a análise de amostras de menos de 1mg e atingir a sensibilidade de 10-15 na taxa 14C/12C, que no equilíbrio é de . Isto para se remover o

Nitrogênio-14 e o CH2,que têm praticamente a mesma massa do 14C.

Professor Rodrigo Penna

uso do espect metro
USO DO ESPECTÔMETRO

Medida da proporção isotópica do Kriptônio através de um espectrômetro

de massa.

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data es realizadas

O santuário de Stonehenge, em Wiltshire,

Inglaterra, foi construído entre

3500 e 1500 a.C.

Pirâmide de Sakkara,

1ª a 3ª Dinastia,

3.100 a 2.575 A.C.

Gruta de Lascaux,

pinturas de até 17.000 anos.

DATAÇÕES REALIZADAS

Professor Rodrigo Penna

serra da capivara pi
SERRA DA CAPIVARA - PI

Importante sítio arqueológico brasileiro, com polêmicas

de datações de dezenas de milhares de anos atrás,

contradizendo teorias atualmente aceitas.

Professor Rodrigo Penna

regi o norte am e pa
Região Norte – AM e PA

Serra da Lua (PA) e urna funerária encontrada em

Manaus (AM). Estudos indicam sítios

de até 9.000 anos atrás.

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brincando de calcular
BRINCANDO DE CALCULAR
  • Exemplo de aplicação matemática.

Um pedaço de madeira carbonizada encontrada em uma escavação em ruínas na região central dos Estados Unidos apresentou uma atividade de 0,510×10-3 microcuries. A amostra de carbono pesava 525 gramas após separação e processamento. Qual é aproximadamente a idade da civilização existente na época em que foi cortada a árvore que deu origem à amostra?

1- Carvão é Carbono.

Facilita a datação.

2- A atividade de equilíbrio é conhecida:

15,3 decaimentos/minuto/g de carbono.

SOLUÇÃO

3- É necessário calcular a chamada

Atividade Específica (ASp)

da amostra.

3b- Multiplica-se por 3,7.1010 (Bq), por 60 para dar

1 minuto

e divide-se pela massa da amostra.

Professor Rodrigo Penna

continuamos calculando
CONTINUAMOS CALCULANDO

4- Já conhecemos a

Equação de Decaimento:

A = AO . e -  . t

4a- Calculamos a constante

 do14C: = ln 2 / T1/2 = 0,693 / 5568

4c- Substituimos os valores na equação

para então podermos fazer as contas.

Agora, podemos resolver

para o tempo.

5-FÓRMULA

DO

TEMPO

Professor Rodrigo Penna

finalmentes
FINALMENTES...

6-OPERANDO

A

CALCULADORA

÷

7-DIGITA:

2

ln

5568

=

F↔E

1,24.10-4

Anota!

8-OPERANDO

A

CALCULADORA

NOVAMENTE

÷

=

9-DIGITA:

15,3

2,16

1,24

EXP

+/-

4

÷

ln

=

15.788 anos!

Ufa! A civilização é de cerca de

16.000 anos!

Professor Rodrigo Penna

bibliografia
BIBLIOGRAFIA
  • Radioproteção e Dosimetria – Fundamentos, Luiz Tauhata, Ivan P.A. Salati, Renato di Prinzio e Antonieta di Prinzio, IRD – CNEN, disponível no site http://www.ird.gov.br/ em 08/08/04.
  • Laboratório de 14C. Técnicas e Aplicações em Estudos Paleoambientais. Universidade de São Paulo – USP, disponível no site http://www.cena.usp.br/em 03/01/05.
  • Clube Araruamense de Astronomia, site http://www.caastro.hpg.ig.com.br/em 03/01/05.
  • HyperPhysics, Georgia State University, site http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.htmlem 04/01/05.
  • ComCiência, Revista Eletrônica de Jornalismo Científico, vinculada à SBPC – Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência, que também edita a revista Ciência Hoje. Atualizada em 10/09/03. Recomendo a leitura periódica, pois trás artigos muito interessantes. Site http://www.comciencia.br/ em 04/01/05.
  • Radiações ionizantes para médicos, físicos e leigos, Antônio Renato Biral, Ed. Insular – pág. 166.
  • NAEQ: Núcleo de Apoio ao Ensino da Química, Departamento de Física e Química, Universidade de Caxias do Sul, site http://www.ucs.br/ em 05/01/05.
  • Aplicações Industriais das Radiações Ionizantes, Curso de Extensão em Radiologia Industrial, Gamagrafia e Medidores Nucleares para Técnicos, UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL, ESCOLA DE ENGENHARIA, DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NUCLEAR.

Professor Rodrigo Penna