Aula de Física das radiações I

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Prof. Marcelo A. Silva 
Átomos 
Átomo: é a unidade fundamental da matéria, é a menor fração 
capaz de identificar um elemento químico. É formado por um núcleo, 
que contém nêutrons e prótons, e por elétrons que circundam o 
núcleo. 
Partículas menores que formam a matéria: 
Átomos: 
 Prótons 
 Nêutrons 
 Elétrons 
 Fótons 
 Bóson de Higgs 
 Neutrinos 
Quarks Glúons 
Evolução dos modelos atômicos 
Antiguidade:
No interior de um átomo está o seu núcleo, que carrega toda a massa 
do átomo, é formado por pequenas partículas de prótons e nêutrons. 
Na eletrosfera do átomo encontram-se os elétrons (e-). 
Observações: 
 Apenas o átomo de hidrogênio não possui nêutrons – é constituído 
de apenas um elétron girando em torno de um próton. 
 A eletrosfera do átomo é formada por no máximo sete camadas 
diferentes (pode variar de uma a sete) e recebem o nome de K, L, M, 
N, O, P e Q, sendo a camada K a mais interna e Q a mais externa, nelas 
encontram-se os elétrons que orbitam o núcleo. Cada camada pode 
conter um número limitado de elétrons fixado em oito elétrons por 
camada. A camada mais externa é sempre a mais energética. 
Estrutura dos Átomos 
Estrutura dos Átomos 
Prótons – têm carga elétrica positiva de mesmo valor absoluto que a 
carga dos elétrons, dessa forma, um próton e um elétron tende a se 
atrair eletricamente. Formam uma massa unitária, são partículas que 
junto com os nêutrons formam o núcleo atômico. 
Nêutrons – não têm carga nenhuma (carga neutra). Junto com os prótons 
formam o núcleo atômico, que carrega toda a massa (99,9%) do átomo. 
O nêutron proporciona estabilidade ao núcleo atômico, já que a força 
nuclear faz com que seja atraído por elétrons e prótons. 
Elétrons - têm carga elétrica negativa, quase não possui massa. São 
minúsculas partículas que giram ao redor do núcleo central do átomo. 
Sua massa é cerca de 1840 vezes menor que a massa do núcleo. Move-se 
muito rapidamente ao redor do núcleo atômico, gerando campos 
eletromagnéticos. 
Estrutura dos Átomos 
Estrutura dos Átomos 
Número Atômico (Z) 
O número atômico, representado pela letra Z maiúscula, corresponde 
ao número de prótons existentes no núcleo dos átomos (Z=P). 
Cada elemento químico possui um número atômico, ou seja, não 
existem átomos de elementos químicos distintos que apresentem o 
mesmo número atômico. 
Número de massa (A) 
O número de massa, indicado pela letra A maiúscula, corresponde a 
soma dos prótons (Z) e dos nêutrons (n) de um determinado elemento 
químico da tabela periódica. 
A = p+n ou A=Z+n 
Representação de um átomo 
 ou 
 elemento químico 
Íons 
Átomos e/ou moléculas podem perder ou ganhar elétrons após 
algumas reações, um átomo ou molécula que ganha ou perde 
elétrons é chamado de íon. Nos íons, o número de prótons é diferente 
do número de elétrons. 
Os átomos ao ganharem elétrons, originam-se íons negativos, 
chamados de ânions e os que perdem elétrons originam-se íons 
positivos, chamados de cátions. 
 Cátion → átomo ou molécula que perdeu elétrons (íon positivo). 
 Ânion → átomo ou molécula que ganhou elétrons (íon negativo). 
 Cátions apresentam número de prótons maior que o número de 
elétrons. 
 Ânions apresentam número de elétrons maior que o número de 
prótons. 
Classificação dos elementos 
químicos (átomos) 
Os isótopos, isóbaros e isótonos são classificações dos átomos dos 
elementos químicos presentes na tabela periódica, de acordo com a 
quantidade de prótons, elétrons e nêutrons presentes em cada um 
deles. 
Isótopos → são átomos que possuem o mesmo número atômico (Z). 
Dessa forma, pertencem ao mesmo elemento químico (identidade), 
porém, apresenta diferente número de massa (A). 
Isótopos do Carbono 
Classificação dos elementos 
químicos (átomos) 
Isóbaros → são átomos que possuem o mesmo número de massa (A) 
e diferente número atômico (Z ou P). 
Classificação dos elementos 
químicos (átomos) 
Isótonos → são átomos que possuem o mesmo número de nêutrons 
(n) e diferentes número de massa (A) e número atômico (Z). 
Semelhanças atômicas 
Radioatividade 
Em 1896, acidentalmente, Becquerel descobriu a radioatividade 
natural, ao observar que o sulfato duplo de potássio e 
uranila: K2(UO2)(SO4)2 , conseguia impressionar chapas fotográficas. 
 
Antoine Henri Becquerel 
Em 1898, Pierre e Marie Curie identificaram o urânio, o polônio (400 
vezes mais radioativo que o urânio) e depois, o rádio (900 vezes mais 
radioativo que o urânio). 
Novas descobertas demonstraram que os elementos radioativos 
naturais emitem três tipos de radiações: α (alfa), β (beta) e γ (gama). 
 Pierre e Marie Curie 
Defini-se Radioatividade como a capacidade do núcleo de um átomo 
em emitir energia na forma de radiação. Essa energia (radiação) é 
emitida quando o átomo apresenta um núcleo instável (apresentando 
número de prótons igual ou superior a 84 / Z > ou = a 84), eliminando-
a com o objetivo de atingir a estabilidade. 
Exceção dos elementos: Césio, Tecnécio, Promício ( 55Cs, 43Tc e 61Pm).b 
Observação: A estabilidade será atingida quando o núcleo apresentar 
82 prótons. 
A emissão da radiação a partir do núcleo atômico pode ser realizada 
de formas diferentes, sendo elas: 
 Na forma de partículas (radiações alfa e beta) 
 Na forma de onda eletromagnética (radiação gama) 
 
Radioatividade 
Conceito de Radioatividade 
É a capacidade que certos átomos possuem de emitir radiações 
eletromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis com o objetivo 
de adquirir estabilidade. A emissão de partículas faz com que o átomo 
radioativo de determinado elemento químico se transforme num 
átomo de outro elemento químico. 
 
Tipos de radiações (nucleares) 
 
 Emissões alfa (α). 
 Emissões beta (β-). 
 Gama (γ). 
 
Emissão alfa α 
1ª Lei da Radioatividade (Soddy): “Quando um núcleo emite uma 
partícula alfa(α), seu número atômico (Z) diminui duas unidades e seu 
número de massa (A) diminui quatro unidades”. 
Emissões alfa (2α
4): partículas com carga elétrica positiva, 
constituídas de 2 prótons e 2 nêutrons (quando se propaga, ioniza o 
ar e captura 2e- se transformando em um átomo de Hélio). 
 
Características da radiação α 
 
 Velocidade média: 20.000 km/s. 
 Partículas com carga elétrica positiva (contém massa, pesada), 
emissão de dois prótons e dois nêutrons do núcleo. 
 Poder de penetração: ↓ pequeno 
 São detidas pela pele (camada de células mortas da pele), folha de 
Al de 0,2 mm ou folha de papel. 
 ↑ alto poder de ionização 
Emissão beta β- 
2ª Lei da Radioatividade (Soddy, Fajans e Russel): “Quando um átomo 
emite uma partícula beta, seu número atômico (Z) aumenta uma 
unidade e seu número de massa (A) permanece o mesmo.” 
Emissões beta (-1β
0): Um nêutron do núcleo se desintegra em um 
próton, um -1β
0 (elétron) e um neutrino, o próton permanece no 
núcleo e o elétron e o neutrino são ejetados para fora do núcleo. 
Características da radiação β- 
 Velocidade média: 95% da velocidade da luz. 
 Partículas com carga elétrica negativa e massa desprezível = leve 
(elétrons atirados para fora do núcleo). 
 Poder de penetração: de 50 a 100 vezes mais penetrantes que as 
partículas α (alfa), aproximadamente 2 cm no corpo (anatomia). 
 São detidas por 1 cm de alumínio (Al) ou 2 mm de chumbo (Pb). 
 Médio poder de ionização. 
 Danos ao organismos: maiores do que as emissões α (alfa), podem 
penetrar até 2 cm no corpo humano e causar sérios danos. 
Emissão alfa Emissão beta 
Emissão Gama γ 
Excesso de energia liberado do núcleo do átomo após as desintegrações 
que originam as emissões de radiação beta e a emissão da radiação alfa. 
Observação: Elementos artificiais não dependem das emissões α e β-. 
Características da radiação gama γ 
 
 Ondas eletromagnéticas de alta energia. 
 Velocidade da luz (300.000.000 m/s). 
 Não possuí cargas elétricas (energia pura que se propaga no ar de 
um ponto a outro sem o acúmulo de massa). 
 ↑ alto pode de penetração. 
 Atravessam 15 cm de aço. 
 Detidas por 5 cm de Pb (chumbo). 
 ↓ baixo poder de ionização. 
 Pode causar danos irreparáveis ao organismo como alteração na 
estrutura do DNA. 
 Utilizada no combate de cânceres e esterilização de alimentos. 
 
 
Resumo 
Decaimento radioativo 
 
Isótopos radioativos 
Aplicação dos radioisótopos (medicina) 
Tabela periódica dos elementos