Aula 1 - Química Nuclear

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Disciplina: Química
QUÍMICA NUCLEAR
Bragança Paulista - 2020
Instituto Federal de São Paulo
Campus Bragança Paulista
Prof. Josias Falararo Pagotto
O que é Radioatividade?
� Elas são chamadas de reações nucleares!
� As reações químicas, de modo geral, envolvem
uma reorganização dos átomos;
� Em outras palavras, o que se altera nos átomos
são somente os elétrons!
� Contudo, existem reações em que o que se altera
são as partículas do núcleo.
Descoberta da Radioatividade
� Em 1896, Henri Antoine BECQUEREL deu início aos estudos
sobre radiotividade;
� BECQUEREL trabalhou com o sal sulfato duplo de potássio
e uranila (K2(UO2)(SO4)2); o urânio é um elemento
radioativo;
� BECQUEREL percebeu que aquele sal emitia radiação
(energia) mesmo no escuro, ou seja, sem receber energia
externa.
Descoberta da Radioatividade
� Ele chamou estas emissões de emissões radioativas ou
radioatividade.
Minério de urânio
FONTE: https://portalwagnermontes.com.br/2017/05/03/brasil-negocia-exportacao-de-uranio-metalico-para-argentina/
Descoberta da Radioatividade
� Após Becquerel, o casal Marie e Pierre CURIE verificou que
todos os sais de urânio tinham a propriedade de
impressionar chapas fotográficas.
Chapa fotográfica marcada 
pela radiação do urânio
FONTE: https://pt.scribd.com/presentation/126082059/aula-9%C2%BA-ano-radioatividade
� O casal CURIE descobriu o elemento POLÔNIO, o qual era
400 vezes mais radioativo que o elemento urânio.
Mineral Pechblenda (UO2), de 
onde foi descoberto o Polônio
FONTE: http://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/polonio.htm
Descoberta da Radioatividade
Benefícios do Uso da 
Radioatividade 
� São utilizadas para gerar energia elétrica.
Usinas Nucleares
FONTE: http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/nuclear/nuclear.htm
FONTE: https://novoextra.com.br/outras-edicoes/2016/855/20768/alagoas-pode-sediar-terceira-usina-do-pais
Usinas Nucleares
� São utilizadas para gerar energia elétrica.
Usinas Nucleares
� Não libera gases poluentes e que agravam o efeito estufa;
VANTAGENS
� Pequena área para construção da usina
� Grande disponibilidade de combustível
� Pequena quantidade de resíduos
� Resíduo nuclear exige armazenagem diferenciada e segura.
DESVANTAGENS
� Mais cara, quando comparada a outros tipos de usinas.
� Risco de acidentes nucleares.
� Aquecimento de ecossistemas aquáticos pela água de
resfriamento dos reatores.
Medicina Nuclear
� São utilizadas para diagnósticos e tratamentos.
FONTE: https://alunosonline.uol.com.br/quimica/uso-radioatividade-na-medicina.html
FONTE: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/aplicacao-radioatividade-na-medicina.htm
Uso Nocivo da 
Radioatividade 
Armas Nucleares
� Têm enorme poder de destruição devido à grande energia
liberada na reação.
FONTE: https://super.abril.com.br/ideias/a-bomba-do-bem-e-a-volta-do-fantasma-nuclear/
Ataques em Hiroshima e Nagasaki
� Durante a 2ª Guerra Mundial (1945), os Estados Unidos lançaram 2
bombas atômicas nas cidades japonesas de Hiroshima e Nahasaki.
� Embora o ataque tenha colocado fim ao conflito mundial, o ataque
resultou em milhares de mortos, sofrimento aos sobrevientes
(muitos dos quais vieram a falecer posteriormente por efeitos da
radiação) e sequelas profundas.
FONTE:
http://blog.rafalecalcados.com.
br/little-boy-e-fatman-as-
bombas-atomicas-que-
destruiram-hiroshima-e-
nagasaki/
Acidentes envolvendo 
Radioatividade
Usina Nuclear de Chernobil
� Ocorreu em 1986, na Ucrânia (antiga União Soviética)
� Uma explosão lançou grandes quantidades de partículas
radioativas na atmosfera.
Acidente Nuclear em Goiânia
� Ocorreu em Goiânia/GO; ficou conhecido como acidente do
Césio-137.
� Ao abrir a caixa, moradores do local viram um bonito sal que
emitia um brilho azul no escuro.
� Uma caixa de chumbo com cloreto de césio (césio 137 é
radioativo!) foi descartada incorretamente em um ferro velho.
FONTE: https://www.oficinadanet.com.br/ciencia/22572-o-desastre-do-cesio-137
Acidente Nuclear em Goiânia
� Curiosos com aquele interessante sal, moradores e crianças
brincaram com ele e o usaram em acessórios de beleza.
� Este acidente levou várias pessoas à morte pouco tempo depois
do contato, e deixaram várias sequelas àquelas que
sobreviveram.
FONTE: https://www.oficinadanet.com.br/ciencia/22572-o-desastre-do-cesio-137
Fissão e Fusão Nuclear
Fissão e Fusão Nuclear
FISSÃO NUCLEAR: é dividir ou quebrar um átomo
de um elemento, em dois ou mais átomos de outro(s)
elemento(s) químico(s).
FUSÃO NUCLEAR: é unir ou juntar dois átomos de
elementos químicos diferentes, formando um único
átomo.
São processos que envolvem os núcleos dos átomos!!!
Fissão Nuclear
FONTE: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/fissao-nuclear.htm
É dividir ou quebrar um
átomo em dois ou mais.
Fusão Nuclear
É unir ou juntar dois átomos, 
formando um único átomo.
FONTE: http://www.megatimes.com.br/2015/02/fusao-nuclear.html
Fusão Nuclear
É unir ou juntar dois átomos, formando um único átomo.
FONTE: https://www.todamateria.com.br/fusao-nuclear/
Tipos de Radiação
Tipos de Partículas Radioativas
4
2α
� Possui pequeno poder de transpassar
anteparos.
massa = 4
carga = +2
0
-1β
� Possui poder de transpassar anteparos
intermediário;
� É um elétron.
massa = 0
carga = -1
0
0λ
� Possui alto poder de transpassar anteparos;
� Não é partícula, é uma onda eletromagnética.
massa = 0
carga = 0
Tipos de Partículas Radioativas
4
2α
Massa = 4
Carga = +2
0
-1β
0
0λ
Massa = 0
Carga = -1
Massa = 0
Carga = 0
“átomo de Helio (He)”
“elétron”
“radiação eletromagnética”
FONTE: QUÍMICA, R. Feltre, v. 2, 6 ed., p. 371
Tipos de Partículas Radioativas
4
2α
0
-1β (elétron)
(onda eletromagnética)
0
0λ
folha de papel
(átomo de He)
FONTE: QUÍMICA, R. Feltre, v. 2, 6 ed., p. 371
Tipos de Partículas Radioativas
4
2α
0
-1β (elétron)
(onda eletromagnética)
0
0λ
madeira
(átomo de He)
FONTE: QUÍMICA, R. Feltre, v. 2, 6 ed., p. 371
Tipos de Partículas Radioativas
4
2α
0
-1β (elétron)
(onda eletromagnética)
0
0λ
(átomo de He)
CURIOSIDADE
Radiação 0-1β = elétron
Se o núcleo só possui prótons e nêutrons, como ele pode emitir
um elétron (radiação β)?
É porque o nêutron se desintegra em 3 partículas:
1 próton + 1 elétron (partícula β) + 1 neutrino (massa 0 e carga 0)
FONTE: QUÍMICA, R. Feltre, v. 2, 6 ed., p. 370
Exemplo 1:
Complete as reações com as partículas emitidas em cada caso:
a) 23592U → X + 23190Th
235
92
mx + 231
Zx + 90
=
=
235 = mx + 231 �
92 = Zx + 90 �
mx = 4
Zx = 2
4
2α
b) 21083Bi → Y + 21084Po
210
83
mY + 210
ZY + 84
=
=
210 = mY + 210 �
83 = ZY + 84 �
mY = 0
ZY = -1
0
-1β
MASSA:
CARGA:
MASSA:
CARGA:
Exemplo 2:
O elemento 21484Po emite uma partícula α. Quais são os números
atômico (Z) e de massa (A) do novo elemento químico (X)
formado?
214
84Po →	42α + AZX
214
84
4 + mx
2 + Zx
=
=
214 = mx + 4 �
84 = Zx + 2 �
mx = 210
Zx = 82
210
82X
O elemento 21482Pb emite uma partícula β. Quais são os números
atômico (Z) e de massa (A) do novo elemento químico (X)
formado?
Exemplo 3:
MASSA:
CARGA:
Exemplo 4:
(PUC-SP) Na seqüência radioativa:
216
84A → 21282B → 21283C → 21284D → 20882E
temos, sucessivamente, quais emissões?
a) α, β, β, α c) α, γ, γ, α e) α, β, γ, α
b) β, α, α, β d) γ, β, β, γ
Tempo de Meia-Vida
Tempo de Meia-Vida (t1/2)
É o tempo necessário para que um elemento radioativo se 
desintegre (ou decaia) para metade da sua massa inicial
Exemplos:
O tempo de meia vida (t1/2) do Polônio é de 3 minutos. Em uma
amostra de 100g de Po, teremos a seguinte situação:
t = 0
m = 100g
3min t = 3min
m = 50g
3min t = 6min
m = 25g
3min t = 12min
m = 12,5g
Tempo de Meia-Vida (t1/2)
Exemplos:
O tempo de meia vida (t1/2) do Thório é de 24 dias. Em uma
amostra de 200g de Th, teremos a seguinte situação:
t = 0
m = 200g
24d t = 24dias
m = 100g
24d t = 48dias
m = 50g
24d t = 72dias
m = 25g
O tempo de meia vida (t1/2) do Urânio é de 4,5 bilhões de anos. Emuma amostra de 100g de U, após quanto tempo restará 25g de U?
Exemplos:
Tempo de Meia-Vida (t1/2)
Radioisótopos Tempo de Meia-vida
220
86Rn 55 segundos
218
84Po 3 minutos
95
43Tc 20 horas
14
6C 5.715 anos
10
4Be 1,5 milhões de anos
238
92U 4,5 bilhões de anos
Tempo de Meia-Vida (t1/2)
�
�
m = massa após o decaimento
m0 = massa inicial
x = número de meias-vidas
NÃO CAI NA PROVA!!!
Exercício 1
(Unirio-RJ) O 201Tl é um isótopo radioativo usado na forma de
TlCl3 (cloreto de tálio), para diagnóstico do funcionamento do
coração. Sua meia-vida é de 73 h (aproximadamente 3 dias). Certo
hospital possui 20g desse isótopo. Sua massa, em gramas, após 9
dias, será igual a quanto?
(FEI-SP) Vinte gramas de um isótopo radioativo decrescem para
cinco gramas em dezesseis anos. A meia-vida desse isótopo é de
quanto?
Exercício 2
(UFPI) Na indústria nuclear, os trabalhadores utilizam a regra
prática de que a radioatividade de qualquer amostra se torna
inofensiva após dez meias-vidas. Identifique a fração que
permanecerá após esse período.
a) 0,098% b) 0,195% c) 0,391% d) 1,12% e) 3,13%
Exercício 3
4. (FUVEST 2018) O ano de 2017 marca o trigésimo aniversário
de um grave acidente de contaminação radioativa, ocorrido em
Goiânia em 1987. Na ocasião, uma fonte radioativa, utilizada em um
equipamento de radioterapia, foi retirada do prédio abandonado
de um hospital e, posteriormente, aberta no ferro-velho para onde
fora levada. O brilho azulado do pó de césio-137 fascinou o dono
do ferro-velho, que compartilhou porções do material altamente
radioativo com sua família e amigos, o que teve consequências
trágicas. O tempo necessário para que metade da quantidade de
césio-137 existente em uma fonte se transforme no elemento não
radioativo bário-137 é trinta anos. Em relação a 1987, a fração de
césio-137, em %, que existirá na fonte radioativa 120 anos após o
acidente, será, aproximadamente,
(A) 3,1. (B) 6,3. (C) 12,5. (D) 25,0. (E) 50,0.
Exercício 4
4. (FUVEST 2018) O ano de 2017 marca o trigésimo aniversário
de um grave acidente de contaminação radioativa, ocorrido em
Goiânia em 1987. Na ocasião, uma fonte radioativa, utilizada em um
equipamento de radioterapia, foi retirada do prédio abandonado
de um hospital e, posteriormente, aberta no ferro-velho para onde
fora levada. O brilho azulado do pó de césio-137 fascinou o dono
do ferro-velho, que compartilhou porções do material altamente
radioativo com sua família e amigos, o que teve consequências
trágicas. O tempo necessário para que metade da quantidade de
césio-137 existente em uma fonte se transforme no elemento não
radioativo bário-137 é trinta anos. Em relação a 1987, a fração de
césio-137, em %, que existirá na fonte radioativa 120 anos após o
acidente, será, aproximadamente,
(A) 3,1. (B) 6,3. (C) 12,5. (D) 25,0. (E) 50,0.
Exercício 4
(FUVEST 2020) O gás hélio disponível comercialmente pode ser gerado
pelo decaimento radioativo, sobretudo do urânio, conforme
esquematizado pela série de decaimento. Desde a formação da Terra,
há 4,5 bilhões de anos, apenas metade do 238U decaiu para a formação
de He.
Exercício 5
Com base nessas informações e em seus conhecimentos, é correto
afirmar:
(A) O decaimento de um átomo de 238U produz, ao final da série de
decaimento, apenas um átomo de He.
(B) O decaimento do 238U para 234U gera a mesma quantidade de He que
o decaimento do 234U para 230Th.
(C) Daqui a 4,5 bilhões de anos, a quantidade de He no planeta Terra
será o dobro da atual.
(D) O decaimento do 238U para 234U gera a mesma quantidade de He que
o decaimento do 214Pb para 214Po.
(E) A produção de He ocorre pela sequência de decaimento a partir do
206Pb.
(UNICAMP 2020) Nuclear fusion is a reaction in which atomic nuclei
merge to form the nucleus of a new atom. The mass of the new atom’s
nucleus is lower than the sum of the merging nuclei’s masses, a
difference that is released as energy. This is, for instance, the
reaction that occurs in the Sun. The energy released during fusion can
be calculated by the equation E = Δm.c2, where Δm is the difference
between the initial and final masses in the reaction, and c is the speed
of light. When calculating the aforementioned energy, nucleus mass can
be conveniently quantified using the atomic mass unit (u), which is
roughly equivalent to 900 MeV (1 u � 900 MeV). Consider the
hypothetical nuclear fusión reaction 222X + 4Y � 221Z. Note that the
masses of 222X, 4Y, and 221Z are 222u, 4 u, and 221 u, respectively. The
amount of energy released in this reaction is
a) 5 MeV.
b) 450 MeV.
c) 900 MeV.
d) 4500 MeV.
Exercício 6
(UNESP 2020) Parte das areias das praias do litoral sul do Espírito
Santo é conhecida pelos depósitos minerais contendo radioisótopos na
estrutura cristalina. A inspeção visual, por meio de lupa, de amostras
dessas areias revela serem constituídas basicamente de misturas de
duas frações: uma, em maior quantidade, com grãos irregulares
variando de amarelo escuro a translúcido, que podem ser atribuídos à
ocorrência de quartzo, silicatos agregados e monazitas; e outra, com
grãos bem mais escuros, facilmente atraídos por um ímã, contendo
óxidos de ferro magnéticos associados a minerais não magnéticos. As
fórmulas químicas das monazitas presentes nessas areias foram
estimadas a partir dos teores elementares de terras raras e tório e
são compatíveis com a fórmula Ce3+0,494La3+0,24Nd3+0,20Th4+0,05(PO43–).
(Flávia dos Santos Coelho et al. “Óxidos de ferro e monazita de areias de praias do Espírito
Santo”. Química Nova, vol. 28, no 2, março/abril de 2005. Adaptado.)
a) Qual o nome do processo de separação de misturas utilizado para
separar as partes escuras das claras da areia monazítica? Com base
na fórmula química apresentada, demonstre que a monazita é
eletricamente neutra.
Exercício 7
(UNESP 2020) Parte das areias das praias do litoral sul do Espírito
Santo é conhecida pelos depósitos minerais contendo radioisótopos na
estrutura cristalina. A inspeção visual, por meio de lupa, de amostras
dessas areias revela serem constituídas basicamente de misturas de
duas frações: uma, em maior quantidade, com grãos irregulares
variando de amarelo escuro a translúcido, que podem ser atribuídos à
ocorrência de quartzo, silicatos agregados e monazitas; e outra, com
grãos bem mais escuros, facilmente atraídos por um ímã, contendo
óxidos de ferro magnéticos associados a minerais não magnéticos. As
fórmulas químicas das monazitas presentes nessas areias foram
estimadas a partir dos teores elementares de terras raras e tório e
são compatíveis com a fórmula Ce3+0,494La3+0,24Nd3+0,20Th4+0,05(PO43–).
(Flávia dos Santos Coelho et al. “Óxidos de ferro e monazita de areias de praias do Espírito
Santo”. Química Nova, vol. 28, no 2, março/abril de 2005. Adaptado.)
b) O principal responsável pela radioatividade da areia monazítica é o
tório-232, um emissor de partículas alfa. Escreva a equação que
representa essa emissão e calcule o número de nêutrons do nuclídeo
formado.
Exercício 8