Tema 8 - Radiação eletromagnetica e nuclear

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TEMA 8 
RADIAÇÃO 
ELETROMAGNETICA E 
NUCLEAR 
 
 
 
1. Modelos atómicos 
2. Radiações: Radiação atómica e radiação 
 nuclear 
3. Radioatividade 
 
 
 
 1.1 Modelos atómicos 
Toda carga acelerada (freada ou com mudança na sua direção) emite radiação 
eletromagnética ou fótons 
Modelo atómico de Rutherford  Os elétrons 
orbitam ao redor do núcleo (modelo planetário) 
Modelo de Bohr (Inicio da mecânica quântica)  O 
elétron orbita em torno ao núcleo em certas orbitas 
estáveis (sem radiar energia). O elétron apenas emite 
radiação ao mudar de uma orbita com energia Ei para 
uma outra orbita com energia menor Ef. 
INCONVENIENTE: Os elétrons orbitando em torno 
ao núcleo estão acelerados  Emitiriam radiação 
eletromagnética, perdendo energia até colapsar 
com o núcleo  A matéria não existiria. 
Energia fóton i fhv E E  
 2.1 Radiação atómica 
Todo átomo ou molécula pode: 
• Absorber energia  Espectro de absorção 
• Emitir energia  Espectro de emissão 
Exemplo cotidiano (Lâmpada de gás na cozinha, 
lâmpadas de Na na rua, lâmpadas de Ne): Uma 
corrente elétrica excita os elétrons dos 
átomos/moléculas do gás. Posteriormente, os 
elétrons voltam a seu nível energético inicial 
emitindo radiação eletromagnética. 
Para estudar a presença de certos átomos ou moléculas na matéria  Se estuda seu 
espectro: Energias emitidas ou absorbidas pelos átomos/moléculas que compõem a 
amostra 
Exemplo: Espectroscopia astronómica  Analisar a composição química das 
estrelas/planetas no Universo. 
Outros exemplos: Espectroscopia de ressonância magnética nuclear, espectroscopia 
de infravermelho, de raios X, fotoacústica, de absorção molecular... 
Os átomos/moléculas absorbem/emitem fótons de energia E = hn, onde h é a 
constante de Planck (h = 6.6x10-34 Js) e n é a frequência do fóton. 
 2.2 Radiação átomo de hidrogênio 
A radiação emitida pelos átomos (elétrons) pode ser analisada  Espectro de emissão 
Cada átomo/molécula tem seu espectro atómico característico. 
O espectro mais simples é o espectro do átomo de hidrogênio (emissão/absorção de 
um único elétron!), o qual tem parte da sua emissão no visível (visível para o olho 
humano). 
 2.3 Radiação atómica. Raios X 
Toda carga desacelerada LIVRE (freada ou com mudança na sua direção) emite 
radiação eletromagnética ou fótons. 
Tubo de raios X: 
1. Corrente eletrônica que sai do filamento. 
Os elétrons atravessam o vácuo no tubo até 
atingir o ânodo mediante uma voltagem. 
2. Os elétrons do feixe são repentinamente 
freados ou desviados (desacelerados) pelos 
átomos do ânodo e portanto emitem radiação 
eletromag. (perda de E. cinética)  Radiação de 
freado (Bremsstrahlung)  Raios X contínuos 
3. Por acaso, Wilhelm Röntgen (1895) descobriu que 
essa radiação eletromagnética era capaz de imprimir 
películas fotográficas. Como ele não sabia de que 
estava composta aquela radiação, ele a chamou Raios X 
4. Se a voltagem no tubo for alta, os elétrons que batem 
no alvo podem ejetar elétrons internos dos átomos do ânodo. 
Essa vacante é preenchida por elétrons de outras 
camadas emitindo Raios X característicos (desse átomo) 
 2.4 Radiações eletromagnéticas 
• Radiação não-ionizante Radiação de baixa energia emitida geralmente por 
cargas LIVRES oscilantes (aceleradas e desaceleradas  antenas emissoras). 
• Radiação ionizante  Radiação de alta energia emitida por transições entre 
níveis energéticos eletrônicos ou tipicamente nucleares. 
 2.5 Radiação nuclear 
• Energias atómicas  Elétrons 
de valência envolvidos nas 
reações químicas  Energias 
típicas de 1,6x10-19 J, que 
equivale a 1 eV (eletronVolt). 
Exceto raios X característicos  
Energias típicas de keV 
• Energias nucleares  Energias 
típicas de Mev = 106 eV (Um 
milhão de vezes maior!!  
Usinas nucleares) 
• Radiação nuclear: 
• Radiação alfa: Núcleos de 
Hélio 
• Radiação beta: Elétrons ou 
pósitrons 
• Radiação gama: Fótons 
altamente energéticos (Mev) 
 3.1 Notação 
Núcleos atómicos  Representados pelo número Z (número de prótons) e pelo 
número A (número de nucleões: prótons + nêutrons). Portanto, N = A - Z é o 
número de nêutrons. 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Isótopos  Mesmo elemento (Z) com diferente número A (ou N). 
• Isótonos  Diferentes elementos com igual número de nêutrons (N). 
1
1
2
1
3
1
Hidrogênio
Deuterio
Tritio (Radioativo)
A
Z
H
X H
H
 
 
  
 
 
206 204
82 80 e Pb Hg
 3.2 Estabilidade nuclear 
Para serem mais estáveis (maior energia de ligação): 
• Os núcleos leves se fusionam (Energia solar) 
• Os núcleos pesados de fissionam (Central nuclear) 
Reações 
exotérmicas 
Liberação de E 
• Bomba de fissão nuclear  
 
• Bomba de fusão nuclear  1 4
1 24 2 2 26.7MevH He e v
   
235 95 139 2 198MevU n Sr Xe n    
No Sol T=15x106 K 
U enriquecido 
 3.3 Por quê da radioatividade? 
Prótons  Carregados positivamente  Repulsão eletrostática  Para que o 
núcleo seja estável, a força nuclear forte deve ser maior do que a repulsão 
eletrostática  Acrescentar nêutrons no núcleo (por isso N > Z na figura) 
Muitos prótons no núcleo  Instável (Repulsão 
eletrostática > Força nuclear forte)  Decaimento 
beta+ para converter prótons em nêutrons e que força 
nuclear forte ganhe a repulsão eletrostática: 
 
 
Porém... 
Muitos nêutrons no núcleo  Instável (A força nuclear 
forte satura porque não tem alcance suficiente para 
manter tantos nucleões)  Decaimento beta- para 
converter nêutrons em prótons: 
p n e v   
n p e v   
Radioisótopos: Para um Z determinado, todos os 
elementos por acima e por baixo (linhas verticais) 
da linha de estabilidade  Elementos radioativos! 
 3.4 Decaimentos radioativos 
• Decaimento alpha  As partículas alpha são núcleos de átomos de Hélio 
 
• Decaimento beta-  As partícula beta- são elétrons 
 
• Decaimento beta+  As partícula beta+ são pósitrons 
 
• Decaimento ou emissão gama  Os raios gama são fótons de alta energia 
 
226 222 4
88 86 2Ra Rn He 
60 60
27 28Co Ni e v
  
22 22
21 20Na Ne e v
  
137 137 137 137
55 5 56 56* *Cs Ba e v Ba Ba      
Antineutrino 
Raio gama: Fóton altamente 
energético porque é gerado a partir 
de uma des-excitação NUCLEAR, 
não atómica! 
Neutrino 
Os decaimentos radioativos são de 
natureza probabilística!