Radioatividade

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Radioatividade
Regiões atômicas e suas características
Os átomos possuem núcleo e eletrosfera. 
A maior região do átomo é a eletrosfera, que fica ao redor do núcleo. Nela se encontram os elétrons – partículas subatômicas com cargas negativas - que estão em constante movimento e apresentam diferentes níveis de energia. Os elétrons de valência, isto é, os mais externos, estão diretamente envolvidos nas reações químicas. 
O núcleo, por sua vez, é a região onde se encontram os prótons – partículas subatômicas com carga positiva – e os nêutrons – partículas subatômicas sem cargas elétricas.
Excetuando-se o hidrogênio atômico, cujo núcleo é formado por apenas um próton, todos os outros núcleos atômicos são formados por prótons e nêutrons. Prótons e nêutrons são genericamente denominados núcleons. 
O núcleo é muito menor do que o átomo inteiro, mas é onde se concentra a maior parte da massa do átomo
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Regiões atômicas e suas características
Em átomos de elevada massa nuclear, os prótons e nêutrons que ali coexistem podem sofrer transformações, que serão chamadas de reações nucleares ou desintegrações, e que não devem ser confundidas com as reações químicas. Nestas, estão envolvidos o compartilhamento e/ou a transferência de elétrons e a formação de novas moléculas, sem alteração dos núcleos atômicos.
As reações nucleares, por outro lado, têm por característica a alteração da composição do núcleo, o que pode resultar, por exemplo, na transformação de um elemento em outro. Quando isso acontece, há liberação de energia, e o átomo é considerado radioativo.
Por convenção, a representação do átomo, incluindo suas informações nucleares, é a seguinte: 
Número atômico (Z): Representa o número de prótons do átomo. Esse número identifica o elemento químico. 
Número de massa (A): Representa a massa do núcleo do átomo. A soma do número de prótons e nêutrons resulta no número de massa
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Comportamento nuclear de elementos radioativo
O núcleo de átomos radioativos é instável, resultado do desequilíbrio nas interações entre as subpartículas que o constituem. 
De forma geral, elementos com número atômico acima de 84 apresentam certo desequilíbrio em suas interações nucleares e podem ser considerados radioativos. 
Existem dois elementos de menor número atômico que também podem ser considerados radioativos, o tecnécio (Tc), que apresenta 43 prótons em seu núcleo, e o promécio (Pm), que apresenta 61 prótons em seu núcleo. 
O césio (Cs) também pode ser considerado radioativo quando ele é originado a partir da transformação de urânio (U) ou plutônio (Pu).
Chamamos de nuclídeo um núcleo caracterizado por determinados valores de Z e A, e de radionuclídeo ou radioisótopo um nuclídeo que é emissor de radiação. 
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Elementos radioativos naturais e artificiais
Um elemento químico pode apresentar diferentes isótopos, que são átomos de mesmo número atômico e diferentes números de massa, isto é, possuem a mesma quantidade de prótons e diferem na quantidade de nêutrons. 
Como a quantidade de subpartículas é diferente, muda também o equilíbrio entre as forças forte e de repulsão, o que, consequentemente, faz com que haja diferença na radioatividade de cada isótopo. 
O carbono, por exemplo, cujo número atômico é 12, apresenta três isótopos: 
 * o carbono-12, que possui seis prótons e seis nêutrons no núcleo; 
 * o carbono-13, que apresenta seis prótons e sete nêutrons; 
 * o carbono-14, que possui seis prótons e oito nêutrons no núcleo, e pode ser considerado mais radioativo que os demais. 
Inclusive, em função de sua radioatividade, o carbono-14 é utilizado em técnicas de datação de fósseis, por exemplo
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Isótopos radioativos naturais
Elementos radioativos naturais são aqueles encontrados na natureza. A característica desses elementos é apresentar os isótopos emissores de radiação com números atômicos iguais ou maiores que 84. Dentre eles, estão:
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Isótopos radioativos artificiais
Elementos radioativos artificiais não podem ser encontrados na natureza. 
Eles apresentam todos os isótopos radioativos, porém, são produzidos em laboratórios. Os isótopos radioativos artificiais são classificados em transurânicos, quando o número atômico é maior que 92, e cisurânicos, quando apresentam o número atômico menor que 92. Alguns exemplos são:
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Reações nucleares
As reações nucleares podem liberar diferentes radiações, como as do tipo alfa (α), de carga positiva, e beta (β), de carga negativa. A radiação gama (γ)é neutra. Observe, no esquema a seguir, a identificação da carga dessas radiações emitidas por uma amostra radioativa.
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Experimentos posteriores mostraram que a radiação alfa (α), na verdade, é um conjunto de partículas-núcleos de hélio (2 prótons + 2 nêutrons) emitidas por núcleos instáveis mais pesados. 
A radiação beta (β) também não é radiação, mas, sim, um conjunto de partículas, elétrons (β-) ou pósitrons (β+), emitidas por núcleos atômicos instáveis. 
	Pósitrons são elétrons positivos; também chamados de antipartículas do elétron ou 	antielétrons. Pode ser representado por β+ ou e+
Apenas a radiação gama (γ) é, de fato, radiação eletromagnética, como a luz ou os raios X. 
As radiações gama são fótons emitidos por núcleos atômicos radioativos ou o resultado de processos de aniquilação matéria-antimatéria. As denominações α, β e γ, adotadas por Rutherford, são usadas até hoje.
As emissões alfa e beta provocam alterações do número atômico (Z) e do número de massa (A) de um átomo. 
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Tipos de radioatividade
Radiação alfa e 1a lei da radioatividade 
Observe, na figura a seguir, a representação da emissão da partícula alfa do núcleo de um átomo com elevado número de massa.
A radiação alfa é um feixe de partículas carregadas positivamente que apresenta carga +2 e número de massa 4, resultado da soma das massas de 2 prótons e 2 nêutrons. Em razão desua massa elevada, essa partícula é de baixa penetrabilidade
Quando um radionuclídeo emite uma partícula alfa, seu número de massa diminui 4 unidades e seu número atômico diminui 2 unidades.
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Exemplo de decaimento radioativo do isótopo do urânio (U-235) através da emissão de partícula alfa.
Após a emissão da partícula alfa, o U-235 se transforma em tório, que possui massa igual 231 e 90 prótons.
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Radiação beta e 2a lei da radioatividade A radiação beta é um feixe de partículas carregadas negativamente que apresenta massa desprezível e as mesmas propriedades de um elétron.
Um nêutron, ao emitir partículas beta, deixa no núcleo um próton. Logo, cada partícula beta emitida aumenta em uma unidade o número atômico do átomo radioativo.
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Exemplo de decaimento do Carbono-14 em Nitrogênio, através de emissão da partícula beta.
O carbono ganha um próton e perde um nêutron, tornando-se o nitrogênio. O elétron, representado, pode ser considerado a partícula beta.
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Ao observar o elétron emitido durante o decaimento beta, pode-se perceber que ele não possui toda a energia perdida pelo núcleo do elemento radioativo. Como se sabe que a energia não pode simplesmente ser destruída ou perdida, algum elemento desconhecido deve carregar a energia faltante.
Em 1930, o físico austríaco Wolfgang Pauli propôs que a energia sobressalente deveria pertencer a uma partícula sem carga elétrica.
Entretanto, a suposição do cientista não foi levada a sério. Tempos mais tarde, o italiano Enrico Fermi, que acreditava na hipótese de Pauli, chamou essas partículas de neutrinos, que em italiano significa “pequenos nêutrons”.
Em 1955, Fred Reines e Clyde Cowan, por meio de um processo denominado de decaimento beta inverso, conseguiram detectar os neutrinos e, assim, comprovaram a existência dessas partículas.
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Quantas partículas alfa e beta precisam ser emitidas para transformar o urânio-238 (Z = 92) em rádio-226 (Z = 88)?
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Emissões gama: São ondas eletromagnéticas de alta frequência e não possuem massa nem carga elétrica
Apenas a radiação gama (g) é, de fato, radiação eletromagnética, como a luz ou os raios X. 
As radiações gama são fótons emitidos por núcleos atômicos radioativos ou o resultado de processos de aniquilação matéria-antimatéria.
Os raios gama são algumas vez omitidos das reações nucleares porque não afetam o balanço de cargas nem de núcleo. Isto ocorre, porque eles não possuem massa nem carga. No entanto, eles precisam ser considerados no balanço de energia.
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Observe, na figura abaixo, o poder de penetração da radiação gama e de outros dois tipos de radiação:
Por meio da análise do poder de penetração dessas três partículas, percebemos que a radiação mais energética é a gama.
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Basicamente, existem dois modos de obter grandes quantidades de energia a partir dos núcleos atômicos: reações nucleares de fissão e reações nucleares de fusão.
A fissão nuclear bombardeia-se um núcleo, em geral com nêutrons rápidos ou partículas alfa, provocando a quebra desse núcleo, originando núcleos menores (produtos) e grande quantidade de energia na forma de radiação eletromagnética. 
Uma possível reação nuclear que descreve a fissão do urânio-235 nos reatores nucleares é apresentada na figura 7
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A energia de 200 megaelétrons-volt (MeV), obtida a partir de cada núcleo de U 235 fissionado, corresponde a, aproximadamente, 23.000 quilowatts-hora (kWh) por grama desse elemento. 
Se essa quantidade de energia pudesse ser transformada em energia elétrica, seria suficiente para suprir por um ano quatro residências de médio consumo.
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 A fusão nuclear, processo inverso da fissão, consiste na produção de núcleos mais pesados a partir da colisão entre núcleos mais leves. 
Esse é o processo de geração de matéria e energia nos núcleos estelares, denominado nucleossíntese. Por exemplo, no núcleo do Sol, entre outras reações nucleares, quatro núcleos de hidrogênio colidem entre si, formando um núcleo de hélio e outros subprodutos:
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Cinética dos decaimentos radioativos
Em um decaimento radioativo, à medida que o tempo passa, a quantidade de radionuclídeo diminui, pois ele se transforma em outro nuclídeo. 
Chamados de tempo de meia ‑vida, ou período de semidesintegração, representado por t1/2 , o tempo necessário para que ocorra decaimento radioativo de metade da quantidade de determinado radionuclídeo.O tempo de meia vida de um elemento radioisótopo é definido como o tempo necessário para que a sua massa seja reduzida pela metade. Esse tempo, que é diferente para cada elemento, pode levar alguns segundos ou até mesmo milhões de anos! 
Aplicações da radioatividade
A energia nuclear encontra-se presente em nosso cotidiano, o maior exemplo é o aumento na quantidade de energia elétrica gerada a partir de reatores nucleares.
Na medicina, é bastante utilizada em exames e no tratamento de doenças. Ex: radiografia, tomografia, radioterapia e quimioterapia.
Em química: técnicas que visam a determinação de radioisótopos com segurança no laboratório.
Radioterapia
 A radioterapia é um método capaz de destruir células tumorais, empregando feixe de radiações ionizantes. Uma dose pré-calculada de radiação é aplicada, em um determinado tempo, a um volume de tecido que engloba o tumor.
Há aparelhos que geram radiação a partir da energia elétrica, liberando raios X e elétrons, ou a partir de fontes de isótopo radioativo como por exemplo, pastilhas de cobalto, as quais geram raios gama.
Radioterapia
Admite-se que as células cancerígenas são destruídas por conseqüência de intensas radiações. Células normais são mais tolerantes a intensas doses de radiação.
Imagem 1 : Quando o cobalto é bombardeado por nêutrons obtêm-se o isótopo cobalto-60.
Imagem 2: O Co-60 obtido é radioativo e é capaz de emitir raio beta, que possui um período de semidesintegração de 5,3 anos. Este grande período de meia vida permitiu de forma favorável a aplicação na medicina, pois o material radioativo é conservado por um longo período.
Fonte: http://www.colegioweb.com.br/trabalhos-escolares/quimica/radioatividade/cobalto-60.html#ixzz3KEdr5NDK
Carbono-14
Em 1947, o químico Willard Libby fez uma descoberta que mudaria a história da Arqueologia, a partir de seus estudos seria possível decifrar a idade de fósseis antigos.
Mas para entender como isso funciona, precisamos aprender a diferença entre o C-14 e o C-12.
Carbono 12 e Carbono 14
Carbono 12 é aquele encontrado na composição do diamante, da grafite, do aço, ou seja, de substâncias inorgânicas.
Já o Carbono 14 está presente em tecidos vivos (de animais, plantas, e do homem). É um isótopo radioativo instável, que decai a um ritmo lento a partir da morte de um organismo vivo.
Imagem: é produzido nas camadas mais altas da atmosfera a partir da ação de raios cósmicos sobre átomos de nitrogênio (N). Um átomo de nitrogênio, que é composto por 7 prótons e 7 nêutrons, recebe radiação cósmica e um de seus prótons se converte em um nêutron, dando origem a um átomo de carbono 14 (6 prótons e 8 nêutrons).
O Carbono 14 recebe esta numeração porque apresenta massa atômica 14.
Esta forma apresenta dois nêutrons a mais no seu núcleo que seu isótopo estável Carbono 12.
Carbono 12 e Carbono 14
[2] Contudo, uma vez que a planta tenha morrido, não ocorrerá mais a incorporação de carbono-14 aos seus tecidos e sua quantidade diminuirá progressivamente, até tornar-se praticamente nula. 
[3] Através das plantas, o carbono-14 termina sendo incorporado pelos animais vegetarianos e, através destes, pelos carnívoros, terminando assim por ser assimilado por seres vivos de todos os níveis tróficos.
O carbono-14 na biosfera
Através da fotossíntese, as plantas absorvem o carbono-14 presente na atmosfera (CO2), convertendo-o em compostos orgânicos, incorporando-o assim a tecidos vivos. 
	
[1] À medida que a planta cresce, mais aumenta a quantidade de carbono-14 por ela incorporada, até que se estabeleça um equilíbrio, com a quantidade de C-14 na planta tornando-se igual à presente na atmosfera, cerca de 14 dpm g-1.
O ciclo do carbono-14
À medida que a planta cresce, mais aumenta a quantidade de carbono-14 por ela incorporada, até que se estabeleça um equilíbrio.
O tempo de meia-vida do carbono-14 é de “apenas” 5730 anos. 
Portanto, como sabemos a quantidade inicial de carbono 14 presente no corpo humano, e podemos medir a quantidade deste radioisótopo no fóssil, é possível estimar (com precisão boa!) a idade de um fóssil encontrado. 
Vale ressaltar que essa datação assume valores confiáveis até uma idade de cerca de 50000 anos do fóssil. Acima dessa idade, devido ao decaimento ser muito elevado, a quantidade de carbono 14 nos fósseis será muito pequena. Desta forma, determinar com precisão a idade, pois uma pequena variação na medição resultaria em milhares de anos!
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Técnica de datação através do 
Carbono-14
Em 1998, o chamado “Sudário de Turim”, supostamente o santo sudário, foi analisado através da técnica de datação com o Carbono-14.
A quantidade de carbono 14 dos tecidos orgânicos mortos diminui a um ritmo constante com o passar do tempo. 
Os resultados mostraram 
 que o linho utilizado na
 confecção do sudário 
 cresceu entre os anos 1260 e
 1390. 
Aplicações Inadequadas da Radioatividade
- Aplicações errôneas. 
- O grande interesse provocado pela radioatividade levou ao aparecimento de TEORIAS que visavam justificar a oferta dos mais diversos produtos com radioatividade adicionada.