Elaboração de teoria

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EMISSÕES ALFA E BETA E O TEMPO DE MEIA VIDA. 
RAIOS ALFA, BETA E GAMA 
Em 1900, o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) realizou um 
experimento no qual ele colocou uma amostra de polônio em um bloco de chumbo com 
apenas uma cavidade. O polônio é um material radioativo, assim, as suas radiações 
foram dirigidas por meio de duas placas carregadas eletricamente rumo a uma placa 
recoberta com sulfeto de zinco (ZnS), que é fluorescente e emite luminosidade quando 
atingido por radiações. 
Ele observou o que é mostrado na figura abaixo, três emissões radioativas 
diferentes. Ele denominou de alfa (α) as emissões que eram positivas, pois se desviaram 
no sentido da placa negativa. As emissões negativas foram chamadas de beta (β), pois se 
desviaram no sentido da placa positiva. Além disso, o desvio da radiação beta era maior 
que o da radiação alfa. Enquanto isso, a terceira radiação, denominada de gama (γ), não 
sofreu desvio nenhum. 
 
 Esquema do experimento de Rutherford 
Vejamos a constituição de cada uma dessas emissões radioativas naturais e, dessa 
forma, entenderemos porque Rutherford observou esse comportamento. 
 
Os raios Alfa, Beta e Gama são invisíveis aos olhos humanos, mas existem na 
forma de radiações. Entende-se por radioatividade a capacidade que alguns 
elementos fisicamente instáveis possuem de emitir energia sob forma de partículas 
ou radiação eletromagnética. 
Acompanhe cada radiação em particular e confira do que se trata cada uma delas: 
 
Raios alfa (α) 
 A radiação alfa possui carga positiva, ela é constituída por 2 prótons e 2 nêutrons, 
as partículas alfa são facilmente barradas por uma folha de papel alumínio, apesar de 
serem bastante energéticas. A radiação alfa possui massa e carga elétrica relativamente 
maior que as demais radiações. 
Emissões alfa (α): 
Essa radiação é constituída de dois prótons e dois nêutrons, exatamente como o 
núcleo de um átomo de hélio. Visto que cada próton possui carga elétrica +1 e cada 
nêutron não possui carga, mas ambos possuem massa de 1 u, uma partícula beta possui 
carga +2 e massa 4 u. 
 
A emissão alfa é constituída de dois prótons e dois nêutrons 
É por isso que essa emissão sofreu desvio no sentido da placa negativa, isto é, porque 
ela é carregada positivamente e possui massa. 
A simbologia usada para qualquer átomo ou partícula subatômica é: 
 
Simbologia usada em representação de átomos e partículas subatômicas 
Desse modo, as partículas alfa podem ser representadas da seguinte forma: 
 
Representação de partícula alfa 
Os elementos radioativos possuem um núcleo instável, assim, quando eles emitem uma 
partícula alfa, eles se transmutam em outro elemento com massa menor 4 unidades e 
número atômico menor 2 unidades. Veja um exemplo abaixo: 
92
235U → 90
231Th + 2
4α 
 
 
Raios beta (β) 
 A radiação beta possui carga negativa, se assemelha aos elétrons. As 
partículas beta são mais penetrantes e menos energéticas que as partículas alfa, 
conseguem atravessar o papel alumínio, mas são barradas por madeira. É válido 
lembrar que apenas os raios alfa e beta possuem carga positiva e negativa 
respectivamente, e os raios gama que veremos a seguir são ausentes de carga 
elétrica. 
Emissão beta (β): 
Essa radiação é constituída de partículas leves com carga elétrica negativa, semelhante a 
elétrons (carga igual a +1). Visto que a massa de um elétron é muito menor que a massa 
do próton ou a massa do nêutron, considera-se que a massa da partícula beta é 
desprezível. É por isso que o seu desvio é maior que o das partículas alfa. 
As partículas betas podem ser representadas por: 
 
Representação de partícula beta 
Os núcleos instáveis tendem a se rearranjar para adquirir estabilidade, dessa forma, um 
ou mais de seus nêutrons sofrem uma transformação em 1 próton, 1 neutrino e 1 elétron. 
O próton permanece no núcleo, o neutrino e o elétron (partícula beta) são emitidos pelo 
núcleo. 
 
Emissão beta e de neutrino pelo núcleo 
Assim, quando um elemento radioativo emite uma partícula beta, ele se transforma em 
um isóbaro, isto é, elemento com mesmo número de massa (pois ele perdeu um nêutron, 
mas ganhou um próton) e com número atômico (número de prótons) maior 1 unidade. 
Exemplo: 6
14C → 7
14N + -1
0β 
 
 
Raios gama (γ) 
 Os Raios gama não são tão energéticos, mas são extremamente penetrantes, 
podendo atravessar o corpo humano, são detidos somente por uma parede grossa 
de concreto ou por algum tipo de metal. Por estas características esta radiação é 
nociva à saúde humana, ela pode causar má formação nas células. 
 Emissão gama: 
Ao contrário das anteriores, a radiação gama não se trata de uma partícula, mas sim de 
uma radiação eletromagnética semelhante aos raios X. Você pode ver essa radiação no 
espectro eletromagnético abaixo: 
 
Espectro eletromagnético com radiação gama em destaque 
Visto que se trata de uma onda eletromagnética, e não de uma partícula, a radiação gama não 
possui carga nem massa e, por isso, não sofreu desvio no experimento de Rutherford. Sua 
representação é dada simplesmente por: γ. 
 
A emissão gama é uma onda eletromagnética 
Dentre essas três emissões radioativas naturais, a radiação gama é a mais perigosa. Como não 
é uma partícula, ela não sofre interferência dos elétrons e prótons dos átomos do material e, por 
isso, tem um alto poder de penetração. 
O poder de penetração das partículas α é pequeno, não atravessando sequer uma folha de papel, 
e, no corpo humano, elas são detidas pela camada de células mortas da pele. As partículas β têm 
um médio poder de penetração, atravessando uma folha, mas sendo detidas por 1 cm de uma 
chapa de alumínio. No ser humano, ela penetra até 2 cm e pode causar danos sérios. 
Já as partículas gama atravessam 15 cm de aço e são detidas por placas de chumbo de 5 cm ou 
mais. Podem atravessar totalmente o corpo humano, causando danos irreparáveis. 
 
EXERCÍCIOS: 
 I - O elemento netúnio (93
237Np), após a emissão de sete partículas alfa e quatro partículas 
beta, transforma-se em qual elemento químico? 
a. 92
238U 
b. 90
232Th 
c. 88
226Ra 
d. 85
210At 
e. 83
209Bi 
 
II- O radioisótopo 222 do 86Rn, por uma série de desintegrações, transforma-se no isótopo 206 
do 82Pb. Determine o número de partículas alfa e o número de partículas beta envolvidas nessas 
transformações. 
a. 2 partículas alfa e 2 partículas beta 
b. 2 partículas alfa e 4 partículas beta 
c. 4 partículas alfa e 3 partículas beta 
d. 4 partículas alfa e 4 partículas beta 
e. 3 partículas alfa e 3 partículas beta 
 
III- Escolha a alternativa que completa corretamente as equações nucleares abaixo: 
 ///// → 82
207Pb + 2
4α 
 94
239Pu → 92
235U + ///// 
 92
238U → ///// + 2
4α 
 89
227Ac → ///// + 2
4α 
 
a. 84
211Po, 2
4α, 90
234Th, 87
223Fr 
 
b. 92
238U, 2
4α, 2
207Pb, 92
235U 
 
c. 89
227Ac, -1
0β, 90
234Th, 87
223Fr 
 
d. 80
203Hg, 2
4α, 90
242Th, 91
231Pa 
 
e. 82
207Pb, 1
0β, 90
242Th, 91
231Pa 
 
 
IV - Na sequência radioativa: 
84
216A → 82
212B → 83
212C → 84
212D → 82
208E 
temos, sucessivamente, emissões: 
a. -1
0β -1
0β -1
0β 2
4α 
b. 2
4α -1
0β -1
0β 2
4α 
c. 2
4α -1
0β 2
4α -1
0β 
d. 2
4α 2
4α -1
0β -1
0β 
e. -1
0β 2
4α 2
4α -1
0β 
 
 
V - O núcleo atômico de alguns elementos é bastante instável e sofre processos radioativos para 
remover sua instabilidade. Sobre os três tipos de radiação α, β e γ, podemos dizer que: 
0. Ao emitir radiação α, um núcleo tem seu número de massa aumentado. 
1. Ao emitir radiação β, um núcleo tem seu número de massa inalterado. 
2. A radiação α é constituída por núcleos de átomos de hélio. 
3. Ao emitir radiação γ, um núcleo não sofre alteração em sua massa. 
4. Ao emitir radiação β, um núcleo tem seu número atômico aumentado em uma unidade. 
 
VI - O que acontece como número de massa e com o número atômico de um núcleo instável se 
ele emite uma partícula beta? 
 Número de massa Número atômico 
a. Sem alteração Aumenta em 1 unidade 
b. Sem alteração Diminui em 1 unidade 
c. Diminui em 1 unidade Sem alteração 
d. Aumenta em 1 unidade Sem alteração 
e. Diminui em 1 unidade Aumenta em 1 unidade 
 
 
 
Questão 1 
Alternativa “e”. 
Quando o elemento emite uma partícula alfa, ele perde dois prótons e dois nêutrons, isso 
significa que ele se transforma em um elemento com o número de massa (A = P + N) menor 4 
unidades e o número atômico (Z = P ) menor duas unidades. Quando o elemento emite uma 
partícula beta, ele perde um elétron. Assim, temos: 
93
237Np → 7 2
4α +4 -1
0β + Z
AX 
A: 
237 = 7 . 4 + 4 . 0 + A 
A = 237 – 28 
A = 209 
Z: 
93 = 7 . 2 + 4 . (-1) + Z 
Z = 93 – 10 
Z = 83 
Assim, o elemento obtido é o 83
209Bi. 
Voltar a uestão 
 
http://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-quimica/exercicios-sobre-as-emissoes-alfa-beta-gama.htm#resp-1
Questão 2 
Alternativa “d”. 
86
222
Rn → 82
206
Pb 
O número de massa diminui 16 unidades. Como cada radiação alfa significa uma diminuição 
no número de massa em 4 unidades, temos que foram emitidas 4 partículas alfa, pois 4 . 4 = 16. 
Nesse momento, significou que ele perdeu também 2 unidades no número atômico para cada 
partícula alfa, dando um total de 8 e ficando com o número atômico igual a 78 (86 – 8). 
Para cada partícula beta emitida, o elemento ganha 1 unidade no número atômico. Como ele 
está com 78 e precisa atingir o número atômico igual a 82, ele emitiu 4 partículas beta. 
 
Questão 3 
Alternativa “a”. 
 89
227
Ac → 87
223
Fr + 2
4
α 
 84
211
Po → 82
207
Pb + 2
4
α 
 94
239
Pu → 92
235
U + 2
4
α 
 92
238
U → 90
234
Th + 2
4
α 
Voltar a questão 
Questão 4 
Alternativa “b” 
 
84
216
A → 2
4
α → 82
212
B → -1
0
β → 83
212
C → -1
0
β → 84
212
D → 2
4
α → 82
208
E 
Voltar a questão 
 
 
 
 
 
 
 
http://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-quimica/exercicios-sobre-as-emissoes-alfa-beta-gama.htm#resp-3
http://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-quimica/exercicios-sobre-as-emissoes-alfa-beta-gama.htm#resp-4
 
O TEMPO DE MEIA VIDA 
As radiações alfa, beta e gama são perigosas, mas quando são devidamente 
empregadas podem ser úteis em diversas áreas de trabalho: na saúde é usada no 
tratamento de tumores cancerígenos, na indústria a radioatividade é utilizada para obter 
energia nuclear e na ciência tem a finalidade de promover o estudo da organização 
atômica e molecular de outros elementos. 
Quando um radionuclídeo emite partículas alfa ou beta, ele se transforma, como 
sabemos, em outro nuclídeo diferente. Assim, à medida que o tempo passa, a quantidade 
de radionuclídeo vai diminuindo. 
Tempo de meia-vida ou período de semidesintegração (representado por t1/2 ou P) 
é o tempo necessário para que metade da quantidade de um radionuclídeo presente em 
uma amostra sofra decaimento radioativo. 
 
 Quando a massa de um radioisótopo se reduz à metade, também se reduzem à 
metade o número de átomos, a quantidade em mols e a atividade radioativa 
(desintegrações por segundo) desse radioisótopo. 
 O tempo de meia-vida é uma característica de cada radionuclídeo e não depende 
da quantidade inicial do radionuclídeo nem de fatores como pressão, temperatura e 
composição química do material (lembre-se de que radioatividade é um fenômeno 
nuclear, e não químico). 
Graficamente, podemos representar o processo de decaimento radioativo através 
da chamada curva exponencial de decaimento: 
 
Aplicação da radioatividade 
Método da datação com carbono-14 
Na natureza existem três isótopos do carbono: o C12, com abundância de 98,9%, o 
C13, com abundância de 1,1%, e o C14, com abundância de 0,000001%. O menos 
abundante deles, o carbono-14, é radioativo; ele emite partículas beta. 
Dizer que o teor de carbono-14 é 0,000001% equivale a dizer que em cada bilhão 
(IO9) de átomos de carbono, dez são de carbono-14. Isso é o mesmo que dizer que há 10 
ppb (ou seja, 10 partes por bilhão) de carbono-14. 
Esse isótopo forma-se na alta atmosfera, onde continuamente está ocorrendo uma 
transmutação nuclear causada pela colisão de nêutrons cósmicos (vindos do espaço) com 
átomos de nitrogênio do ar: 
 
O carbono-14 formado incorpora-se à atmosfera na forma de CO2. Por meio da 
fotossíntese, processo que utiliza CO2 da atmosfera, esses átomos de carbono-14 
passam a fazer parte dos seres vivos fotossintetizantes e, através das cadeias 
alimentares, também dos demais seres vivos. 
Os cientistas descobriram que, com a mesma velocidade com que o carbono-14 se 
forma na alta atmosfera, ele se desintegra por meio de decaimento beta: 
 
Desse modo, como ele se forma e se desintegra com a mesma velocidade, sua 
porcentagem no planeta permanece constante, sendo exatamente a mesma na atmosfera 
e em todos os seres vivos (10 ppb). 
Ao examinar múmias, fósseis, ossos, pergaminhos e outros achados arqueológicos 
compostos por restos de antigos seres vivos, os cientistas encontraram neles teores de 
carbono-14 inferiores a 10 ppb, o que se deve ao decaimento p ocorrido durante os anos 
que se passaram desde a morte do ser vivo. 
 
Isso torna possível, uma vez determinada a porcentagem de carbono-14 na 
amostra, calcular a sua idade, consultando a curva de decaimento radioativo. Esse 
processo é o método da datação pelo carbono-14. 
O que é fissão nucelar? 
Alguns anos antes da Segunda Guerra Mundial, vários grupos de pesquisadores 
tentavam obter novos elementos químicos, com Z>92, bombardeando o urânio com 
nêutrons. Em janeiro de 1939, os alemães Otto Hahn e Fritz Strassman anunciaram a 
presença de bário, lantânio e criptônio numa amostra de urânio bombardeada com 
nêutrons. Nos meses que se seguiram, esse processo passou a ser mais bem 
compreendido e chamado de fissão nuclear. 
 
Representação esquemática da fissão nuclear, na qual cada núcleo fissionado libera 
nêutrons que poderão provocar a fissão de outros núcleos. (Cores e formas fantasiosas.) 
Fissão nuclear é o processo de quebra de núcleos grandes em núcleos menores, liberando 
uma grande quantidade de energia. 
O nêutron, ao atingir um núcleo de urânio, provoca sua quebra em dois núcleos menores e a 
liberação de mais nêutrons que, por sua vez, irão atingir outros núcleos e provocar novas quebras. 
E uma reação em cadeia, análoga ao início de uma epidemia de gripe: uma pessoa transmite o 
vírus para duas, que o transmitem para quatro, daí para oito, e assim por diante. 
Quando um átomo de urânio-235 sofre fissão, vários produtos podem se formar. Alguns 
exemplos são: 
 
A energia liberada na reação de fissão do urânio-235 é muito grande, muito maior do que 
aquela envolvida em reações químicas como, por exemplo, uma combustão. 
Pelos dados da tabela 4 é possível calcular que 1 g de urânio-235 equivale, sob o ponto de vista 
energético, a cerca de trinta toneladas do explosivo TNT! 
O reator nuclear 
Antes mesmo de se construir a primeira bomba atômica, o italiano Enrico Fermi e sua 
equipe já haviam construído, em 1942, na Universidade de Chicago, o primeiro reator nuclear. 
Esse reator tinha a finalidade de executar em laboratório a fissão nuclear para que se pudesse 
compreendê-la melhor, a fim de aproveitá-la como fonte de energia. 
 A versão moderna do reator de Fermi são as usinas nucleares, ou termonucleares, onde a 
fissão nuclear ocorre de modo controlado e a energia liberada é aproveitada para a produção de 
energia elétrica. 
Os principais componentes de um reator nuclear são: 
 Material físsil, que pode ser urânio-235 (natural), urânio-233 ou plutônio-239 (artificiais); 
 Fuido trocador de calor; 
 Moderador (grafite ou água), queserve para diminuir a velocidade dos nêutrons, o que 
torna a reação possível (neutrons rápidos não são eficientes para provocar a fissão); 
 Barras de controle (cádmio ou boro), que absorvem nêutrons e servem para evitar que a 
reação saia de controle, superaquecendo o reator. 
No chamado reator de água pressurizada, ou PWR (pressurized water reactor), como o da 
usina Angra I (em Angra dos Reis, RJ), o calor liberado na fissão aquece a água (mantida a alta 
pressão) que está em contato com o material físsil. Esta, por sua vez, aquece uma outra porção 
de água que entra em ebulição. O vapor produzido gira uma turbina, cujo eixo se liga a um 
gerador elétrico, o qual, por sua vez, transforma a energia do movimento em energia elétrica. 
Nesse tipo de reator, ilustrado a seguir, a água funciona como fluido trocador de calor e também 
como moderador dos nêutrons. Já no chamado reator de água fervente, ou BWR (boiling water 
reactor), vapor de água formado pelo aquecimento direto da água em contato com o material físsil 
é usado para girar a turbina. 
O lixo nuclear 
Nos produtos da fissão do urânio-235 já foram identificados mais de duzentos isótopos 
pertencentes a 35 elementos diferentes. Muitos deles emitem α, β e γ, representando um risco à 
população e necessitando, portanto, ser armazenados em recipientes de chumbo e/ou concreto e 
guardados em locais seguros por tempo suficiente para que a radiação caia a níveis não 
prejudiciais. Dentre os muitos nuclídeos presentes no lixo nuclear podemos destacar três bastante 
perigosos para o ser humano, estrôncio-90, iodo-131 e césio-137. 
Fusão nuclear 
Muitas pessoas dizem que o Sol é uma bola de fogo. 0 que estará queimando lá, então? 
Na verdade nada está queimando. No Sol, bem como em outras estrelas, está ocorrendo um 
processo denominado “fusão nuclear”. 
Fusão nuclear é a junção de núcleos pequenos formando núcleos maiores e liberando uma 
quantidade muito grande de energia. 
Para ocorrer fusão nuclear é necessária uma temperatura muito elevada, pelo menos da 
ordem de 10 milhões de graus Celsius. O Sol é uma imensa bola de hidrogênio onde a 
temperatura é suficiente para que ocorra a fusão dos átomos de hidrogênio, formando átomos 
mais pesados e liberando a energia que chega até nós na forma de luz e calor. Uma das reações 
que acontecem no Sol é: 
 
Fusão nuclear é a reação que ocorre quando uma bomba de hidrogênio (bomba H) 
explode. No entanto, para que a fusão ocorra, é necessária uma altíssima temperatura, que é 
conseguida através da explosão de uma bomba atômica, que funciona como detonador da bomba 
H. 
Estima-se que mais de duzentas explosões nucleares já aconteceram por todo o planeta, 
como parte dos chamados testes nucleares. O lixo atômico produzido num desses eventos é 
espalhado pelo vento, pela água e pelos seres vivos (através das cadeias alimentares). A arma 
mais potente já detonada tinha 58 megatons e foi testada pela União Soviética em 30 de outubro 
de 1961 (um megaton equivale em poder destrutivo a um milhão de toneladas de TNT). 
A poeira e as cinzas lançadas na atmosfera sob a forma de “cogumelo atômico” podem 
subir além da camada das nuvens e, dessa maneira, permanecer meses em suspensão antes de 
descer sob a ação do próprio peso. Essas partículas obstruem a passagem dos raios solares. 
 
Exercícios de Tempo de Meia-Vida 
 
1) Analise o gráfico a seguir onde foi determinada a massa do isótopo ZX
A em tempos 
diferentes. 
 
Determine o tempo necessário para que a massa reduza para 40% da inicial. 
 
 
2) Com um tempo de meia-vida de 3,8 dias, calcule o tempo necessário para que a massa 
inicial (m0) de Rn
222
86 , retido nos pulmões de uma pessoa, seja reduzido a m0/16 pela 
conversão em Po21884 . 
 
 
 
 
3) Sabendo-se que o tempo de meia-vida do césio-137 é de 30 anos, é correto afirmar 
que os materiais permanecerão perigosos para o meio ambiente por 180 anos? Justifique 
sua resposta. 
 
 
 
 
 
4) Ainda sobre o radioisótopo da questão anterior, julgue as afirmativas: 
a) A massa do estrôncio reduzirá à 3,125% da inicial após 140 anos? 
 
b) Após 9 meias-vidas a massa do isótopo será reduzida a 0,1% da inicial? 
 
 
 
 
 
 
5) O carbono 14 existe em todos os seres vivos, na proporção de 10ppb (partes por 
bilhão). Quando morrem, eles deixam de incorporar átomos de carbono dos alimentos, e 
a quantidade de radioisótopos começa a diminuir. O gráfico seguinte ilustra como 
acontece o decaimento do carbono 14 em função do tempo: 
A partir dessas informações, responda: 
a) Qual a meia-vida do 14C? 
 
b) Calcula-se que o linho que envolvia os pergaminhos do Livro de Isaías, 
descoberto em uma caverna de Israel, tenha aproximadamente 2000 anos. 
Qual a quantidade (em ppb) de carbono-14 existente nesta amostra? 
 
 
 
6) O isótopo radioativo 86Rn
222, formado a partir de 92U
238 por emissões sucessivas de 
partículas alfa e beta, é a principal fonte de contaminação radioativa ambiental nas 
proximidades de jazidas de urânio. Por ser gasoso, o isótopo 86Rn
222 atinge facilmente os 
pulmões das pessoas, onde se converte em 84Po
218, com um tempo de meia-vida de 3,8 
dias. Baseado nessas informações, julgue as afirmativas a seguir como F e V. 
Justificando as falsas. 
1( ) São quatro o número de partículas alfa emitidas, considerando a formação de um 
átomo de radônio, no processo global de transformação do 92U
238 em 86Rn
222. 
 
2( ) O tempo necessário para que o número N0 de átomos de 86Rn
222, retido nos 
pulmões de uma pessoa, seja reduzido a N0/16 pela conversão em 84Po
218 é de 
11,4 dias. 
 
3( ) As partículas emitidas na transformação do 92U
238 em 86Rn
222 tem poder de 
penetração. 
 
4( ) Após um período de quatro meias-vidas a concentração do isótopo será 87,5% 
menor que a inicial.