Química - Livro 4-142-144

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QUÍMICA Capítulo 9 Radioatividade142
Os efeitos de uma explosão nuclear são inúmeros. No mo-
mento da explosão, a temperatura pode chegar a 3  200 ºC. Há uma
onda de choque posterior, onde o vento se locomove com
uma velocidade mais de duas vezes superior à do som. Para
quem sobrevive, resta a morte lenta e penosa ocasionada pelos
efeitos da radiação, como casos de câncer tardios, malformação
ou síndrome dos descendentes gerados. A nuvem de poeira e
radioatividade que se forma a partir do cogumelo atômico blo-
queia os raios solares, causando o chamado “inverno nuclear”,
devido à queda de temperatura nos dias seguintes.
Fig. 8 Foto do cogumelo atômico.
Fig 9 Fotos aéreas de Nagasaki, antes e depois da bomba
Fusão nuclear
Fusão nuclear é a união efetiva de dois núcleos meno-
res em um núcleo maior, com grande liberação de energia
É através deste processo nuclear que as estrelas emitem
energia e pelo qual ocorrem as explosões das poderosíssimas
bombas de hidrogênio. Os processos de fusão nuclear liberam
muito mais energia que os processos de fissão. Como a ener-
gia liberada é grande demais, o ser humano não consegue
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
manter a reação sob seu controle com boa segurança, o que
inviabiliza, pelo menos por ora, a utilização do processo de
fusão em usinas para obtenção de energia Se isso algum
dia for possível, a produtividade das usinas será muito maior
que a de hoje, com um lixo nuclear bem menos agressivo do que
aquele produzido em fissões nucleares. Geralmente, as fusões
ocorrem entre isótopos do hidrogênio.
Veja alguns exemplos:
1H
2 + 1H
2 → 2He
3 + 0n
1 (I)
1H
2 + 1H
3 → 2He
4 + 0n
1 (II)
Esquematicamente:
(I)
(II)
grande quantidade
de energia
+
+ +→
+ +→
Para os processos de fusão nuclear também vale a conservação das
cargas e dos números de massa.
Atenção
Estas são as reações de fusão nuclear que ocorrem nas
estrelas (que as tornam “vivas”) e nas bombas H. Quando o
hidrogênio em uma estrela é totalmente consumido, a estrela
morre, pois deixa de liberar energia. O calor que aquece o
nosso planeta e fornece energia a todo o sistema vivo vem
dessa reação.
Fig. 10 O Sol e as suas reações de fusão nuclear.
Porém, esta não é a única consequência em nosso pla-
neta das reações de fusão que ocorrem no Sol. Os nêutrons
liberados nessas reações chegam ao nosso planeta através
dos raios cósmicos e, em consequência, temos a seguinte
transmutação nuclear:
0n
1 + 7N
14→ 6C
14 + 1p
1 (I)
Essa é uma reação muito importante no cotidiano atual.
O carbono-14 produzido é radioativo e, ao longo do tempo,
vai se transformando lentamente em nitrogênio não radioati-
vo, através do seguinte decaimento radioativo representado
pela equação:
6C
14→ -1b
0 + 7N
14 (II)
O Sol, alimentando a Terra com nêutrons, mantém a
proporção de carbono-14 em relação a todos os carbonos
em torno de 10 ppb (10 partes por bilhão), proporção que se
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
F
R
E
N
T
E
 2
143
mantém estável devido ao equilíbrio das reações I e II Como
o carbono-14 se incorpora ao CO2 do ar atmosférico na mes
ma proporção, o qual por sua vez se incorpora, através da
fotossíntese, aos vegetais e, consequentemente, a todos os
seres vivos, então cada indivíduo, enquanto vivo, mantém a
proporção de carbono-14 em 10 ppb. Quando morre, deixa de
incorporar carbono-14, sendo que a quantidade restante em
seu corpo ou células mortas vai diminuindo gradativamente
pela equação II A cada 5  700 anos, aproximadamente, essa
proporção vai se reduzindo à metade, sucessivamente. Com
isso, poderemos saber, através da proporção de carbono-14
em células mortas, há quantos anos um indivíduo morreu. É
a chamada datação por carbono-14.
É importante salientar que essa datação só é válida para
o que viveu e já morreu Portanto, não é válida na datação de
um vaso ou de um vegetal vivo Se, por exemplo, tomamos um
fóssil de algum organismo, e sua proporção de carbono-14 se
reduziu a 2,5 ppb, isso significa que esse organismo morreu
há aproximadamente 11  400 anos, pois a proporção caiu pela
metade duas vezes em relação à proporção inicial.
Sobre as bombas H, podemos dizer que liberam muito
mais energia por massa do que uma bomba atômica; têm,
portanto, um poder devastador muito maior e, felizmente,
jamais foram utilizadas para fins bélicos. Porém, alguns testes
já foram realizados. Só para se ter uma ideia do poder des
sa bomba, é preciso que uma bomba atômica seja inserida
dentro de uma bomba H para poder detoná-la, como uma
energia de ativação.
Cinética das emissões radioativas
A velocidade das emissões radioativas é de primeira
ordem em relação à concentração dos radionuclídeos. Isso
significa que, em intervalos de tempo iguais, a redução do
número de radionuclídeos tem sempre a mesma proporção
em relação à quantidade restante deles Foi esse fato que
motivou os cientistas a imaginarem a seguinte sequência
de reduções de radionuclídeos, onde m0 é a massa inicial de
átomos radioativos (ver figura 11).
m0
Redução de
50% dos
radionuclídeos
1tI
Redução de
50% dos
radionuclídeos
2tII
Redução de
50% dos
radionuclídeos
ntIII
2
m0
4
m0
2
n
m0
Fig. 11 Modelo para visualização do período de meia-vida (t1/2)
Como as reações são de primeira ordem em relação
aos átomos radioativos, tI = tII = tIII, esses intervalos de tempo
são chamados de períodos de meia vida, e são comumente
representados por t1/2. Assim:
Período de meia-vida (t1/2) é o intervalo de tempo ne-
cessário para que o número (ou a massa) de radionuclídeos
se reduza à metade.
Pelo esquema anterior, podemos perceber que a
massa (m) de material radioativo restante é dada por
=m
m
2
0
n
, onde n é o número de períodos de meia vida
que se passaram
Se representarmos graficamente as emissões radioati
vas em um par de eixos m x t, teremos o seguinte gráfico.
m(g)
t(min)
m0
m0/2
m0/4
m0/8
m0/16
t1/2 2t1/2 3t1/2 4t1/2
Fig 12 Massa restante de radionuclídeos após emissões radioativas ao longo
do tempo
Matematicamente, esta curva pode ser equacionada
da seguinte forma:
m = m0 · e
-kt, onde k é chamada de constante radioativa
e sua unidade é T -1.
Para saber como utilizamos essas equações, vamos
aos exercícios a seguir.
Exercícios resolvidos
 3 O iodo-125, variedade radioativa do iodo com aplica-
ções medicinais, tem meia-vida de 60 dias. Quantos
gramas de iodo 125 irão restar, após 6 meses, a partir
de uma amostra contendo 2 g de radioisótopo?
Resolução:
6 meses ou 180 dias representam três períodos com-
pletos de meia-vida e, portanto, n = 3. Com isso, sendo
m0 = 2 g, temos:
m
m
2
m
2
2
m
1
4
m 0,25 g0
n 3
= → = → = → =
 4 A meia vida do césio-137 é de 30 anos, e o seu de-
caimento ocorre por emissão de partículas beta,
transformando-se em bário. Tendo se uma amostra
com 100 g de césio-137, após quanto tempo a relação
massa de césio/massa de bário fica igual a 1
7
?
Resolução:
Este é um problema elaborado. A massa de césio que
restará será representada por m. Como Cs se trans-
forma em Ba por emissão de partícula beta, a massa
de césio que sofre decaimento se converte na mesma
massa de bário que é formada, pois a emissão das
partículas b não altera a massa dos radionuclídeos.
Com isso, a massa de bário será dada por m0 m, que
é a massa de césio que sofre desintegração radioativa.
Mas =m
m
2
 (I),0
n
 e o problema quer =
m
m
1
7
.
cs
Ba
Portanto:
m
m m
1
7
7 m m m m 8 m
0
0 0-
= → = → =
Substituindo em I, temos:
m
8m
2
n 3
n
= ⇒ =
Como t1/2 = 30 anos→ t = 3 · 30 anos→ t = 90 anos.
QUÍMICA Capítulo 9 Radioatividade144
1 Unesp O iodo-131 (15
3
3
1I) ainda é muito utilizado como traçador radioativo para exames da glândula tireoide Entretanto,
nos últimos anos, vem sendo substituído pelo iodo 123 (125
3
3I), tão eficiente quanto o iodo-131 para essa finalidade, e
que passou a ser produzido no Brasil pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN A substituição pelo
12
5
3
3I traz vantagens para os pacientes e para o meio ambiente, pois a radiação gproduzida é de menor energia, não
há emissão de partículas b e a meia-vida é menor Sabe-se que a partícula b corresponde a um elétron ( 1
0e), que a
radiação γ é um tipo de radiação eletromagnética como o é a luz e que os processos ocorrem de acordo com as
informações apresentadas nos esquemas a seguir
 → +b+ g = = =
 → + g = =
b g
g
I Xe com E 0,61 MeV, E 364 keV e t 8 dias
I I com E 159 keV e t 1 / 2 dia
53
131
x
y
1/2
53
123
53
123
1/2
a) Determine o número de prótons e de nêutrons existentes em cada átomo de iodo-131 e em cada átomo de xe-
nônio produzido
b) Sabendo que as técnicas empregadas nesse tipo de exame se baseiam na medida da quantidade de radiação
emitida em um determinado intervalo de tempo, explique por que são necessárias menores quantidades de áto-
mos do isótopo radioativo quando se utiliza 12353 I em substituição ao
131
53 I
2 Cesgranrio O diagnóstico de doenças pancreáticas pode ser realizado através da varredura do pâncreas, utilizan-
do-se um dos isótopos do elemento químico selênio, cuja meia vida é igual a 120 dias. A remoção experimental
(pancreatectomia) desse órgão conduz também à redução súbita da insulina no organismo, cujo efeito sobre as con
centrações sanguíneas de glicose, ácidos graxos e ácido acetoacético é mostrado no gráfico a seguir.
Glicose sanguínea
Ácidos graxos não esterificados
Ácido acetoacético
Dias
0 1 2 3 4
Controle
R
e
m
o
çã
o
 d
o
 P
ân
cr
e
as
C
o
n
ce
n
tr
aç
ão
Fonte: Guyton. Fisiologia Médica. Ed. Guanabara Koogan.
Na falta de insulina, os ácidos graxos são convertidos, no fígado, em ácido acetoacético, o qual é transportado pelo
sangue às células dos tecidos periféricos, onde é convertido em acetil e entra nas reações do ciclo de Krebs.
a) Tendo como referência o gráfico e o texto acima, explique a relação entre a perda súbita de insulina e as concen-
trações sanguíneas de glicose e ácido acetoacético.
b) Considerando-se, conforme o texto, a meia-vida do selênio, qual a massa residual de uma amostra contendo
10 g de seu isótopo 75, após um intervalo de 360 dias?
Revisando