INTRODUÇÃO À RADIOQUÍMICA E À QUÍMICA NUCLEAR - UFMG

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INTRODUÇÃO 
 
À 
 
RADIOQUÍMICA 
 
E À 
 
QUÍMICA NUCLEAR 
 
 
 
 
 
 
 
 
W.F. MAGALHÃES 
 
E 
 
J.C. MACHADO 
 
 
 
Departamento de Química 
Instituto de Ciências Exatas 
Universidade Federal de Minas Gerais 
 
Belo Horizonte, outubro de 2016 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
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Apresentação 
 
 Este texto introdutório ao estudo da Química Nuclear e da Radioquímica deve ser visto 
como um material didático em desenvolvimento para a Disciplina Radioquímica, do Curso de 
Licenciatura, que prevê uma carga didática de sessenta horas. Em fevereiro de 2002, JCM editou 
a primeira versão dessa apostila contendo 56 paginas e cobrindo o assunto dos atuais cinco 
capítulos dessa versão. Posteriormente, WFM reescreveu os capítulos 1 e 2 e revisou os demais 
capítulos, assim, a apostila alcançou 228 paginas. Em setembro e outubro de 2016 uma nova 
revisão alterou a numeração e introduziu hiperlinks em todas as equações, tabelas e figuras. 
Pretendemos futuramente ampliar esse texto transformando-o em um livro. 
 
 O texto foi preparado tendo como referência básica seis livros textos cobrindo o assunto e 
uma apostila ; na ordem alfabética são eles : 
 
 [CHO.64] CHOPIN Gregory R., ―Nuclei and Radioactivity‖, W. A. Benjamin, Inc., N.Y. 
(1964). 
 [CHO.02] CHOPIN, Gregory; LILJENZIN, Jan-Olov & RYDBERG, Jan, ―Radiochemistry 
and Nuclear Chemistry‖, 3rd Edition, Butterworth-Heinemann, Woburn, USA (2002). 
 [DUP.74] DUPLÂTRE, G. e MACHADO, J.C., ―Introdução Teórica ao Curso Prático de 
Detecção de Radiação‖, Departamento de Química – ICEx – UFMG, Belo Horizonte (1974). 
 [FRI.81] FRIEDLANDER, Gerhart ; KENNEDY, Joseph W. ; MACIAS, Edward S. & 
MILLER Julian Malcolm, ―Nuclear and Radiochemistry‖, John Willey & Sons, New York 
(1981). 
 [HAR.62] HARVEY, Bernard G., ―Introduction to Nuclear Physics and Chemistry‖, 
Prentice-Hall International, London (1962). 
 [KEL.88] KELLER Cornelius, ―Ellis Horwood Series in Physical Chemistry, 
Radiochemistry‖, J. Wiley & Sons, N.Y. (1988). 
 
 Tendo em vista a carga horária prevista para a disciplina, a novidade do assunto e, até certo 
ponto, a complexidade e extensão do mesmo, tornou-se necessário selecionar tópicos, 
apresentando-os de forma mais simples, sem muitos detalhes e aprofundamento, mas de modo a 
atingir o objetivo da disciplina, ou seja, apresentar informações básicas sobre os processos 
envolvendo transformações nucleares, a emissão, absorção e deteção da radiação e suas 
aplicações pacíficas na química, na medicina e na produção de energia, atendendo a necessidade 
de complementação na formação de um futuro professor de Química do ensino médio. 
Procuramos, portanto, usar uma linguagem o mais simples possível, mas guardando um certo 
rigor na utilização de termos e conceitos cujas definições lhes conferem semântica estrita e 
precisa. Somente a utilização judiciosa, ao longo do texto, da linguagem técnica, pode garantir 
um processo contínuo de reforço do referido conceito ou definição à medida de sua leitura por 
parte do estudante. Esperamos alcançar pelo menos parte desse objetivo e, receberemos com 
satisfação, as sugestões, observações ou críticas desse nosso trabalho, pois estamos certos de que 
elas resultarão em futuras melhorias dessa nossa primeira proposta. 
 
Prof. Welington Ferreira de MAGALHÃES 
Prof. José Caetano MACHADO 
Belo Horizonte, outubro de 2016 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
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SUMÁRIO 
 
 
APRESENTAÇÃO ............................................................................................................................................................... 2 
SUMÁRIO ............................................................................................................................................................................. 3 
CAPÍTULO 1 ........................................................................................................................................................................ 6 
ESTRUTURA E ESTABILIDADE NUCLEAR ............................................................................................................. 6 
1.1 – INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................................. 6 
1.2 – BREVE HISTÓRICO DA DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE.................................................................................... 7 
1.3 – MODELOS ATÔMICOS ............................................................................................................................................. 16 
1.3.1 – Núcleo e nuclídeos ......................................................................................................................................... 17 
1.3.2 – Materiais radioativos .................................................................................................................................... 21 
1.4 – ESTABILIDADE DOS NUCLÍDEOS ............................................................................................................................. 28 
1.5 – PROPRIEDADES DO NÚCLEO ATÔMICO .................................................................................................................. 30 
1.5.1 – A Carga Nuclear ............................................................................................................................................ 30 
1.5.2 – Massa Nuclear, Massa atômica, Massa do Nuclídeo ou Massa Nuclídica e Peso Atômico .................... 34 
1.5.3 – Energia de ligação Nuclear .......................................................................................................................... 39 
1.5.4 – Raio nuclear ................................................................................................................................................... 43 
1.5.5 – O potencial de interação das forças nucleares ........................................................................................... 48 
1.5.6 – Spin e Momentum de Dipolo Magnético Nuclear ........................................................................................ 54 
1.6 – ALGUNS DOS MODELOS PARA O NÚCLEO ATÔMICO ............................................................................................. 55 
1.6.1 – Modelo Nuclear da gota líquida ................................................................................................................... 56 
1.6.2 – Modelo Nuclear de Camadas ........................................................................................................................ 72 
1.6.3 – Modelo Nuclear do Núcleo Composto ......................................................................................................... 79 
CAPÍTULO 2 ...................................................................................................................................................................... 82 
RADIOATIVIDADE ......................................................................................................................................................... 82 
2.1 – ESTABILIDADE NUCLEAR E DECAIMENTO RADIOATIVO ........................................................................................ 82 
2.1.1 – A simetria, razão nêutron/próton ................................................................................................................. 82 
2.1.2 – O emparelhamento de núcleons .................................................................................................................... 83 
2.2 – DECAIMENTO  (ALFA) ...........................................................................................................................................86 
2.3 – DECAIMENTOS ...................................................................................................................................................... 97 
2.3.1 - Decaimento – ................................................................................................................................................ 97 
2.3.2 – Decaimento + e captura eletrônica – CE .............................................................................................. 103 
2.4 – DECAIMENTO  (GAMA) OU TRASINÇÃO ISOMÉRICA - TI ................................................................................ 108 
2.5 – CINÉTICA DO DECAIMENTO RADIOATIVO E ATIVIDADE ...................................................................................... 114 
2.5.1 – Cinética de decaimento de um radionuclídeo puro .................................................................................. 114 
2.5.2 – Cinética de decaimento de uma mistura de radionuclídeos .................................................................... 119 
2.5.3 - Radioatividade Natural ............................................................................................................................... 125 
2.5.3.1 – Famílias Radioativas ..................................................................................................................................... 125 
2.5.3.2 – Decaimentos consecutivos, equilíbrios radioativos e relação “pai-filho” .................................................. 126 
2.5.3.2.1 – Caso 1, Equilíbrio Secular ................................................................................................................... 131 
2.5.3.2.2 – Caso 2, Equilíbrio Transitório ou Transiente .................................................................................... 135 
2.5.3.2.3 – Caso 3, Sem Equilíbrio ......................................................................................................................... 141 
2.5.4 – Decaimentos ramificados duais ou múltiplos ........................................................................................... 142 
2.5.5 – Idade da Terra ............................................................................................................................................ 146 
2.6 – FISSÃO ESPONTÂNEA (SPONTANEOUS FISSION – SF) ........................................................................................... 147 
2.7 – DECAIMENTO COM A EMISSÃO DE PRÓTONS ....................................................................................................... 154 
2.8 – DECAIMENTO COM A EMISSÃO DE FRAGMENTOS PESADOS ................................................................................ 155 
2.9 – DECAIMENTO COM A EMISSÃO RETARDADA DE PARTÍCULAS PESADAS ............................................................. 155 
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2.9.1 – Emissão de nêutrons retardados................................................................................................................ 156 
2.9.2 – Emissão de prótons retardados ................................................................................................................. 158 
2.9.3 – Emissão de partícula alfa retardada ......................................................................................................... 158 
2.9.4 – Fissão retardada ......................................................................................................................................... 159 
CAPITULO 3 ................................................................................................................................................................... 160 
INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO IONIZANTE COM A MATÉRIA ...................................................................... 160 
3.1 – INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................................ 160 
3.2 – INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO GAMA COM A MATÉRIA ............................................................................................ 165 
3.2.1 - Espalhamento coerente ou espalhamento Bragg ou ainda espalhamento Rayleigh. ............................ 169 
3.2.2.– efeito fotoelétrico. ...................................................................................................................................... 170 
3.2.3 – Efeito Compton .......................................................................................................................................... 171 
3.2.4 – Formação ou produção de par pósitron-elétron. .................................................................................... 173 
3.2.5 – Reações foto-nucleares .............................................................................................................................. 174 
3.3 – INTERAÇÃO DAS PARTÍCULAS CARREGADAS COM A MATÉRIA ........................................................................ 180 
3.3.1 – Partículas  ................................................................................................................................................ 180 
3.3.2 – Interações das Partículas  com a Matéria ............................................................................................. 186 
3.3.2.1 – Ionização e excitação .................................................................................................................................... 186 
3.3.2.2 – Bremsstrahlung. ........................................................................................................................................... 187 
3.3.2.3 – Aniquilação de pósitrons .............................................................................................................................. 189 
3.3.2.4 – Radiação Čerenkov ...................................................................................................................................... 189 
3.4 – A QUÍMICA SOB EFEITO DAS RADIAÇÕES IONIZANTES - QSERI ...................................................................... 193 
CAPÍTULO 4 ................................................................................................................................................................... 196 
DETECÇÃO DA RADIAÇÃO IONIZANTE............................................................................................................. 196 
4.1 – INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................................ 196 
4.2 – EMULSÕES FOTOGRÁFICAS .................................................................................................................................. 196 
4.3 – CÂMARAS DE NÉVOA E BOLHAS .......................................................................................................................... 197 
4.4 – CONTADORES À IONIZAÇÃO ................................................................................................................................. 198 
4.5 – CONTADORES PROPORCIONAIS ............................................................................................................................ 200 
4.6 – CONTADORES GEIGER-MÜLLER (GM)............................................................................................................... 201 
4.7 – CONTADORES CINTILADORES.............................................................................................................................. 205 
CAPÍTULO 5 ................................................................................................................................................................... 209 
USOS PACÍFICOS DA ENERGIA NUCLEAR...................................................................................................... 209 
5.1 – CONSIDERAÇÕES BÁSICAS SOBRE O USO DE TRAÇADORES RADIOATIVOS ......................................................... 209 
5.2 – APLICAÇÕES ANALÍTICAS.................................................................................................................................... 210 
5.2.1 – Análise radiométrica .................................................................................................................................. 210 
5.2.2 – Diluição isotópica ....................................................................................................................................... 210 
5.2.3 – Análise por ativação ................................................................................................................................... 211 
5.3 – APLICAÇÕES EM FÍSICO-QUÍMICA E INORGÂNICA .............................................................................................. 213 
5.3.1 – Cinética e Mecanismo de Reações. ........................................................................................................... 213 
5.3.2 – Estudos estruturais ..................................................................................................................................... 214 
5.3.3 – Estudos de difusão ...................................................................................................................................... 214 
5.4 – APLICAÇÕES EM SISTEMAS ORGÂNICOS E BIOLÓGICOS ..................................................................................... 215 
5.5 – DATAÇÃO POR RADIOISÓTOPO ............................................................................................................................ 216 
5.6 - APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA , AGRICULTURA E MEDICINA ................................................................................. 217 
5.7 – PRODUÇÃO DA ENERGIA NUCLEAR..................................................................................................................... 219 
5.7.1 – Baterias de Isótopos (Usinas termonucleares) ......................................................................................... 219 
5.7.2 – Reatores Nucleares ..................................................................................................................................... 220 
5.8 – EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO IONIZANTE ................................................................................................ 222 
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................................. 223 
IUPAC Periodic Table of the Elements [IUPAC.16] ...................................................................................... 228 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
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Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
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CAPÍTULO 1 
 
ESTRUTURA E ESTABILIDADE NUCLEAR 
 
 
 
1.1 – Introdução 
 
 Podemos definir a radioquímica, em uma primeira aproximação, como o estudo dos 
fenômenos químicos através da manipulação de radionuclídeos emissores de radiação ionizante. 
O termo radiação ionizante se refere às radiações em forma de partículas e às radiações 
eletromagnéticas de energias mais altas, i.e., Raios-X e radiação . Desta forma, excluímos a 
parte do espectro eletromagnético do UV-Vis que, em geral, não conduz à ionização dos átomos e 
moléculas. São objetos da radioquímica, a produção de compostos marcados com 
radionuclídeos, os chamados radiotraçadores, os quais são usados para estudos dos mecanismos e 
das cinéticas das reações químicas. Nesse caso, usando o efeito isotópico sobre a cinética das 
reações. Os compostos marcados constituem os chamados radiofármacos, utilizados em terapias 
e para o diagnóstico de certas doenças. Os métodos radioquímicos de análises químicas tais 
como a diluição isotópica, a análise por ativação neutrônica, ou por meio da radioatividade 
natural, são outros exemplos de técnicas da radioquímica. 
 
Química Sob Efeito das Radiações Ionizantes, impropriamente denominada de Química 
das Radiações, é o estudo dos efeitos químicos produzidos sobre um dado material por radiação 
ionizante, isto é, de alta energia, incluindo radiação eletromagnética (Raios-X e raios gama), 
partículas (alfa. beta prótons e neutros) e fragmentos de fissão e de outras reações nucleares 
[CHO.64, KEL.88]. Considerando uma definição ampla de fotoquímica, como compreendendo o 
estudo de todo efeito químico associado à emissão ou absorção de qualquer tipo de radiação 
[CASTELLAN, G.W., ―Físico-Química‖, Vol. 2, Ao Livro Técnico S/A, Rio de Janeiro, 1973. 
pag.: 889], a química sob efeito das radiações ionizantes seria uma espécie de sub-área da 
fotoquímica. Excluiríamos, com esta definição, o estudo da estrutura e propriedades nucleares e 
das reações nucleares, que seriam objeto da química nuclear. 
 
Quando a energia da radiação eletromagnética encontra-se na faixa do espectro 
correspondente às radiações visível e ultravioleta, as interações da radiação com a matéria são 
estudadas na Fotoquímica. 
 
Enquanto na Química sob Efeito das Radiações Ionizantes somente parte da energia da 
radiação pode ser transferida em uma interação, o processo não sendo seletivo (embora algumas 
ligações químicas possam ser quebradas preferencialmente), nos processos fotoquímicos a 
absorção da energia é quantizada, levando à total absorção da energia da radiação. No processo 
fotoquímico, excita-se somente um elétron, eventualmente provocando quebra de ligação 
específica, ou mesmo ionização da espécie. 
 
Radioquímica, que algumas vezes é confundida com Química sob Efeito das Radiações 
Ionizantes, está ligada com a química dos elementos radioativos, o uso de traçadores radioativos 
e medida de sua radioatividade. 
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Química Nuclear, por outro lado, é o estudo da estrutura e propriedades nucleares e das 
reações nucleares. 
 
Embora a disciplina tenha sido denominada Radioquímica, em nosso curso serão 
discutidos alguns conceitos envolvendo tanto a Radioquímica, como a Química Nuclear e, tendo 
em vista a introdução ao estudo das técnicas de detecção da radiação, alguns conceitos de 
Química sob Efeito das Radiações Ionizantes serão igualmente abordados. 
 
 
1.2 – Breve Histórico da Descoberta da Radioatividade 
 
A descoberta dos raios-X, por Wilhelm Konrad RÖENTGEN (físico alemão, Rhenanie 
1845 – Munique 1923 [REY.87]), ocorreu em 9 de novembro de 1895, como conseqüência de um 
entendimento equivocado, na época, quanto à origem desta radiação. De fato, cientistas da época 
acreditavam que a origem dos recém-descobertos Raios-X estava ligada à fluorescência 
observada nas paredes dos vidros utilizados na confecção dos tubos de descarga. A descoberta da 
radioatividade aconteceu quase quatro meses após a descoberta dos raios-X. 
 
Henri BECQUEREL (físico francês, Paris 1852 – Le Croisic 1908 [REY.87]), 
(Figura 1.2.1), à exemplo de seu pai Edmond BECQUEREL (físico francês, Paris 1820 – id. 1891 
por sua vez filho do físico francês Antoine BECQUEREL, Châtillon-Coligny 1788 – Paris 1878 
[REY.87]), que estudara compostos fluorescentes, iniciou seus estudos com várias substâncias 
fluorescentes, tendo como objetivo verificar se também estas substâncias emitiam Raios-X. A 
experiência consistia em envolver o material com papel negro e coloca-lo sob uma chapa 
fotográfica, constituída de uma placa de vidro em cima da qual era colocadoum gel (filme) 
fotográfico contendo sais de prata. Sabia-se, à época, que os Raios-X, se presentes, passavam 
através do papel negro e escureciam (velavam) a chapa fotográfica. 
 
Entre os materiais fluorescentes anteriormente estudados por BECQUEREL, estava um 
sal duplo de potássio e uranila (K2UO2(SO4)2.2H2O), por ele sintetizado em 1880. 
H. BECQUEREL, em 29 de fevereiro de 1896, observou que este sal, mesmo sem prévia 
excitação com luz solar, emitia uma radiação capaz de atravessar a folha negra de papel 
fotográfico e escurecer (velar) uma chapa fotográfica (filme fotográfico). Estes resultados foram 
anunciados na seção semanal da Academia de Ciências de Paris em 2 de março de 1896. A 
radioquímica já estava, então, sendo aplicada, pois as reações envolvendo a absorção da radiação 
emitida pelo sal de uranila no gel fotográfico são reações radiolíticas, que conduzem à formação 
de espécies eletricamente carregadas : elétrons armadilhados nos defeitos do sólido e cargas 
positivas (buracos) armadilhados nos átomos intersticiais de prata, formando uma imagem virtual 
do cristal emissor da radiação. A subseqüente revelação do filme leva à redução do sal de prata a 
prata metálica, produzindo o enegrecimento da placa nos pontos atingidos pela radiação, 
formando, assim, um negativo fotográfico. 
 
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Fig.1.2.1 : Henri BECQUEREL (físico francês, 
Paris 1852 – Le Croisic 1908 [REY.87]) 
recebeu juntamente com Marie e Pierre CURIE 
o prêmio Nobel de física de 1903 pela 
descoberta da radiação e sua identificação como 
processo atômico. (Fonte: fig. 1.1 da ref. 
[EHM.91]) 
 
 
 
 
 
 H. BECQUEREL logo verificou que o escurecimento da chapa fotográfica nada tinha a ver 
com a fluorescência, já que este efeito era observado por outros sais de urânio, mesmo aqueles 
que não exibiam fluorescência e, no caso dos fluorescentes, mesmo sem a exposição à luz 
necessária para a manifestação do fenômeno de fluorescência, e até mesmo soluções líquidas de 
sais de urânio velavam a chapa fotográfica. 
 
 O método fotográfico era lento e inconveniente para o estudo da radiação observada. Por 
outro lado, H. BECQUEREL observara que estas radiações, como os raios-X, tinham a 
propriedade de ionizar o ar, tornando-o condutor de eletricidade. Assim, um corpo carregado, 
como em um eletroscópio, colocado próximo de uma amostra de urânio, perdia rapidamente sua 
carga por condução através do ar e este efeito fornecia um método conveniente e sensível, para a 
medida da intensidade das radiações observadas. 
 
 A Figura 1.2.2 representa, de modo esquematizado, um desses equipamentos utilizados por 
H. BECQUEREL [HAR.62], adaptado da obra de Madame CURIE (Traité de Radioactivité), 
publicado em 1910). 
 
 Quando o eletroscópio é eletrostaticamente carregado (com a ajuda de um bastão de ebonite 
esfregado contra um tecido de lã), a folha de ouro é repelida da haste metálica HM e se afasta 
desta, como mostrado na Figura 1.2.2. Quando o material radioativo é colocado sobre o suporte 
T, ele ioniza o ar contido dentro da caixa de cobertura, fazendo com que a eletricidade escoe do 
bloco de material isolante MI, numa taxa proporcional à intensidade da radiação ; isto faz a folha 
de ouro FO deslocar-se para baixo, reaproximando-se da haste metálica HM. Este movimento 
pode ser observado com a ajuda de um microscópio de pouca resolução. Vale notar que os 
materiais apenas fluorescentes, emitindo somente luz visível, não são capazes de descarregar o 
eletroscópio. 
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C = Tampa (caixa de 
cobertura) 
T = M = Mesa metálica suporte 
para amostra 
I = MI = Bloco de material 
isolante 
R = HM = Haste metálica 
B = CX = Caixa 
L = FO = Fôlha de ouro 
adaptada à haste metálica, 
livre para movimentar-se 
 
 
Fig 1.2.2 : Representação esquematizada de um eletroscópio de folha de ouro usado por 
Becquerel e pels Curies, segundo M. Curie em 1910 (Fonte: fig. 2.1 da ref. [HAR.62]) Imagem 
inferior o eletroscópio de folhas de ouro foi desenvolvido em 1787 pelo clérigo e físico inglês 
Abraham Bennet (Fonte: By Sylvanus P. Thompson - Downloaded from Sylvanus P. Thompson 
(1881) Elementary Lessons in Electricity and Magnetism, MacMillan, New York, p.16, fig. 12, 
Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3967378) 
 
 Com este equipamento tão simples, Pierre e Marie CURIE (polonesa nascida 
SKLODOWSKA, Varsóvia, Polônia, em 7 de novembro de 1867 – morreu perto de Salanches, 
França, em 1934 de leucemia), na França (Figura 1.2.3a e Figura 1.2.3b), e G. SCHIMIDT, na 
Alemanha, descobriram, no início de 1898, e independentemente, que também o tório era 
radioativo. Após examinar vários materiais radioativos, o casal CURIE verificou que alguns 
minerais de urânio eram mais fortemente radioativos que o próprio urânio puro. Esta última 
observação sugeria que estes minerais continham outras substâncias radioativas, além do urânio. 
Trabalhos posteriores levaram o casal Curie à descoberta dos novos elementos polônio (A = 210, 
Z = 84 : 
210
Po, t½ = 138,4 d, a concentração de Po-210 na anatureza é aproximadamente 75 μg de 
Po-210 por ton de U-238, correspondendo a uma atividade de 1.2 × 10
10
 desintregrações por 
segundo ou 1.2 × 10
10
 Bq (1 Becquerel, Bq = 1 desintegração por segundo)) e radio (A = 226, 
Z = 88 : 
226
Ra, t½ = 1600 a), em 1898. Ambos elementos eram fortemente radioativos. Este 
trabalho e outros que se seguiram, levaram o casal Curie propor que a radiação observada nesses 
materiais era de origem atômica e independia do estado físico e químico dos elementos. Foi este 
casal que introduziu o termo ―radioatividade‖. Por suas descobertas ligadas à Radioatividade, 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 10 
Madame CURIE recebeu o prêmio Nobel de física, juntamente com seu marido Pierre e H. 
BECQUEREL, em 1903 e, em 1911, recebeu, sozinha, o prêmio Nobel de Química. 
 
 
 
 
 
Fig.1.2.3a : Marie (física francesa nascida 
SKLODOWSKA na Polônia, Varsóvia 1867 – 
perto de Sallanches 1934 [REY.87]) e Pierre 
CURIE (físico francês, Paris 1859 – id. 1906) 
fotografia tirada em seu laboratório em 1896. 
Pierre, Marie CURIE e RUTHERFORD 
receberam o prêmio Nobel de física de 1903 
por seus estudos sobre os fenômenos 
radioativos. Marie CURIE foi a primeira 
mulher nomeada professora titular na Sorbonne. 
Ela recebeu o prêmio Nobel de química de 
1911 pela descoberta do Po e do Ra. (Fonte: 
fig. 1.3 da ref. [EHM.91]) 
 
 
 
 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 11 
 
 
 
 
 
 
Fig.1.2.3b : Foto oficial do Nobel de Química 
1911, sua assinatura e o diploma do seu prêmio 
Nobel de física de 1903. Fonte: 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Marie_Curie 
visitado em 03/07/2012 
 
 Durante os trabalhos, que levaram à descoberta do polônio (1898), 
o casal CURIE desenvolveu uma técnica de separação que constitui um dos vários métodos 
radioquímicos até hoje utilizado (Figura 1.2.4 e Figura 1.2.5). Conforme as palavras da própria 
Marie CURIE na biografia de Pierre CURIE por ela publicada em 1924 : “… o método que nós 
usamos é um novo método para a pesquisa química baseada na radioatividade. Ele consiste na 
separação realizada por processos ordinários da química analítica, e na medida da 
radioatividade de todos os compostos (frações) separados. Dessa maneira, podemos reconhecero caráter químico do elemento radioativo procurado. As últimas frações se tornavam 
gradativamente mais radioativas no curso da separação”. O método de separação se inicia pelo 
ataque ácido do minério pechblenda L(hábito botrióide da uraninita, de altíssima densidade, 
brilho submetálico e aparência de piche, opaca. Cor preta. Traço preto-acastanhado. A 
composição está entre UO2 e U3O8 [DAN.69, DAN.71]). Um esquema do método é mostrado na 
Figura 1.2.5. Neste esquema X representa o polônio, elemento naquela época desconhecido. 
Em seu segundo artigo, onde ela ainda assina SKLODOWSKA, e o primeiro com Pierre CURIE, 
em julho de 1898, Marie CURIE escreve no fim do artigo : “Nós acreditamos … que a 
substância que nós obtivemos da pechblenda contém um metal ainda desconhecido, similar ao 
bismuto em suas propriedades analíticas. Se a existência deste metal for confirmada, nós 
propomos que ele seja chamado de polônio, em honra à terra natal de um de nós.” Em 26 de 
dezembro daquele ano, ainda trabalhando sobre a pechblenda, o casal CURIE, juntamente com 
BÉMONT, descobriram o rádio, elemento que apresentava todas as características do bário, mas 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 12 
que poderia ser separado deste a partir da cristalização fracionada dos respectivos cloretos. (este 
parágrafo segue de perto texto do livro de J.P. ADLOFF citado na bibliografia). 
 
 
Fig. 1.2.4 : Páginas Do Caderno De P. e M. 
CURIE onde em 13 de julho de 1898 aparece a 
primeira menção ao Po. (Fonte: fig. 1.2 da ref. 
[HAI.57]) Observe à direita no detalhe do topo 
da primeira pagina onde se lê: 13 de julho ; 
Sublimação vácuo ; Destilação de sulfetos 
voláteis ; Sulf Bi Pb e Po 
Fig. 1.2.5 : Esquema da separação química 
que conduziu à descoberta do polônio. Os 
CURIES não foram capazes de separar o Po 
do Bi por via úmida, mas conseguiram uma 
separação parcial dos sulfetos por 
sublimação. (Fonte: fig. 1.1 da ref. 
[ADL.93]) 
 
 
 Em 1899, E. RUTHERFORD (físico inglês nascido na Nova Zelândia, Nelson 1871 – 
Cambridge 1937 [REY.87] tendo trabalhado no Canadá e Inglaterra) iniciou seus estudos 
envolvendo o processo de absorção dos raios emitidos pelo urânio, tório e os recém descobertos 
polônio e rádio. Ele, também, utilizou o eletroscópio para as medidas da intensidade das 
radiações estudadas. Seus estudos demonstraram que um dos componentes do raio era absorvido 
por placas de alumínio de poucos centésimos de cm, o qual ele denominou de radiação . O 
outro componente somente era absorvido por placas de alumínio aproximadamente 100 vezes 
mais espessas que aquelas que absorviam a radiação . Essa segunda componente da radiação 
ele denominou radiação . Em seguida RUTHERFORD verificou que a radiação  tinha um 
perfil de penetração, ou de absorção, dado por um decaimento exponencial com uma constante de 
absorção   15 cm–1. Mme. CURIE demonstrou, em seguida, que o poder de penetração das 
partículas  aumentava à medida que essas penetravam um absorvedor. Ainda em 1899 E. 
RUTHERFORD e Frederick SODY (químico e físico inglês, Eastbourne 1877 – Brighton 1956 
[REY.87]) descobriram o radônio, gás raro radioativo emissor de partículas , que se encontrava 
nas emanações gasosas provenientes de amostras de rádio, tório ou actínio. A demonstração de 
que as radiações  e  tinham um caráter eletro-corpuscular, i.e., de partículas carregadas, 
ocorreu em 1903, quando RUTHERFORD demonstrou que elas eram defletidas por campos 
magnéticos e elétricos em direções opostas, Figura 1.2.6. 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 13 
 
 
Fig. 1.2.6 : Separação das radiações , –, + e  por campo magnético ou elétrico realizada 
por Ruterford em 1903. (fig. 2.6 em [KEL.88]). 
 
 
 RUTHERFORD também mediu nesses experimentos a relação carga massa dessas 
partículas e também suas velocidades, sendo que para as partículas  a relação carga massa era 
igual àquela para o elétron e a velocidade praticamente igual a velocidade da luz. Para as 
partículas , a relação carga massa era metade daquela para o cátion de hidrogênio e a 
velocidade aproximadamente um décimo da velocidade da luz (2  107 m [HAR.62]). Nesse 
mesmo ano de 1903, E. RUTHERFORD juntamente com F. SODY, concluíram que as emissões 
de radiações pelos elementos radioativos advinham da transmutação de um elemento químico em 
outro, e que esse processo se originaria de transformações subatômicas no interior do átomo. 
Vale lembrar que a idéia de núcleo atômico ainda não era conhecida naquele momento. Em 1904 
W.H. BRAGG evidenciou que as partículas  tinham um alcance característico, dependendo do 
absorvedor e da fonte emissora dessas partículas, não tendo, portanto, um perfil de penetração 
exponencial, como acreditava RUTHERFORD. Em 1905, von SCHWEIDLER demonstrou a 
natureza puramente estatística, i.e., aleatória, dos processos radioativos de transmutação. Ele 
propôs que cada átomo radioativo teria uma probabilidade p, constante no tempo, de sofrer uma 
transmutação atômica em um dado intervalo de tempo, t, centrado no tempo t. Além do mais, 
essa probabilidade seria proporcional a t se esse intervalo de tempo fosse suficientemente 
pequeno, ou seja, p =   t, onde  seria uma constante característica de cada nuclídeo 
radioativo. A partir dessa idéia, SCHWEIDLER demonstrou que a lei de decaimento radioativo 
deveria ser um decaimento exponencial, cuja constante de decaimento seria , o que implicaria 
que cada nuclídeo teria uma meia-vida t1/2 = ln2/ característica. Esse comportamento já havia 
sido observado experimentalmente por RUTHERFORD. A hipótese de que as partículas  
seriam, de fato, átomos de hélio duplamente carregados positivamente foi logo levantada, pois já 
se sabia da presença desse gás em minérios de urânio e tório. Em 1909 RUTHERFORD e 
Thomas ROYDS (físico inglês nascido em 1884) demonstraram essa hipótese. Em seus 
experimentos (Figura 1.2.7) uma fonte de partículas , constituída do gás radônio contido em 
uma ampola de vidro de paredes finas T, é inserido em outro tubo de vidro S, previamente 
evacuado, acoplado a um tubo de descarga D. As partículas  emitidas pelo radônio atravessam 
as paredes finas de vidro da ampola T diminuindo sua alta velocidade inicial, quando se 
neutralizam arrancando elétrons do vidro. O He assim formado se acumula no tubo de vidro S. 
A quantidade de He produzida vai aumentando à medida que o radônio vai decaindo. Após 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 14 
algum tempo o nível do mercúrio no aparelho é elevado, comprimindo o He no tubo de descarga 
D. Fazendo uma descarga elétrica entre os eletrodos, os átomos de He são eletronicamente 
excitados e emitem o espectro característico do átomo contido no tubo de descarga. Dessa forma, 
RUTHERFORD e ROYDS obtiveram o espectro do He, onde antes este átomo não existia, 
confirmando a natureza atômica das partículas . 
 
 Algumas outras descobertas importantes, que aconteceram nas primeiras décadas do Século 
XX, foram: 
 
 E. RUTHERFORD (Figura 1.2.8) realizou a primeira reação nuclear artificial, ou 
transmutação nuclear artificial, em 1919, bombardeando nitrogênio gasoso com partículas , 
eq.1.2.1 Ele propôs, como havia observado MARSDEN em 1914, que átomos de H eram 
liberados nesse processo e que o átomo de nitrogênio se transformava em outro nuclídeo. 
BLACKETT, utilizando uma câmara de Wilson, demonstrou posteriormente que o nuclídeo 
formado era o 
17
O : 
 
 
 
14 4 17 1
7 2 8 1N He O H  
 (1.2.1) 
 
 
 
 
Fig. 1.2.7 :Aparelho usado por RUTHERFORD e 
ROYDS para a identificação da natureza da 
partícula  como sendo núcleos de He. 
 
T = ampola de vidro de parede finas contendo o 
gás radônio. 
S = Recipiente de vidro sobre baixa pressão. 
D = tubo de descarga com seus dois eletrodos 
aos quais é aplicada uma diferença de potencial. 
Mercury = mecúrio 
(Fonte: fig. 2.2 da ref. [HAR.62] 
 
 
 
 
 
 Em 1932 o nêutron, cuja existência foi proposta por RUTHERFORD em 1920, foi 
descoberto por James CHADWICK bombardeando o Li ou o Be ou o B com partículas  do Po. 
Também, em 1932, o pósitron foi descoberto por C.D. ANDERSON através de fotografias dos 
rastros da radiação cósmica deixados em câmaras de vapor, instrumento inventado por Pierre 
CURRIE em 1898. Dirac havia previsto teoricamente a existência do pósitron em 1930. Ainda 
neste mesmo ano de 1932 COCKROFT e E. WALTON construíram o primeiro acelerador de 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 15 
partículas (íons positivos) aplicando uma alta tensão de 500 kV em um tubo de descarga. 
Utilizando prótons (H
+
) acelerados nesse equipamento, eles observaram a primeira reação de 
fusão de dois átomos leves : 
7
Li + 
1
H  2 4He. A medida da energia cinética dos átomos de He 
produzidos mostrou-se superior àquela dos átomos alvo e projétil (reagentes), e essa foi a 
primeira comprovação da relação de EINSTEIN entre a massa e a energia, uma vez que a massa 
dos produtos era menor que a dos reagentes. 
 
 
 
 
Fig. 1.2.8 : Ernest RUTHERFORD (físico 
inglês nascido na nova Zelandia, Nelson 1871 
– Cambridge 1937 [REY.87]), à direita, 
conversando com Ratcliffe em 1935 em seu 
laboratório em Cambridge na Inglaterra. 
RUTHERFORD recebeu o prêmio Nobel de 
física em 1908 pelo seu trabalho de 
caracterização dos diferentes modos de 
decaimento radioativo, estudos do radônio e do 
decaimento do urânio e tório em outros 
elementos. (Fonte: fig. 1.4 da ref. [EHM.91]). 
Fig.1.2.9 : Irene JOLIOT-CURIE (física 
francesa filha de Marie CURIE, Paris 1897 – id. 
1956 [REY.87]) e Frederick JOLIOT (físico 
francês marido de Irene, Paris1900 – id. 1958 
[REY.87]), participaram da identificação do 
nêutron juntamente com CHADWICK. 
Frederick descobriu a aniquilação do pósitron 
em 1933 e o casal JOLIOT-CURIE observaram 
a formação de par, logo em seguida, tendo 
recebido o prêmio Nobel de química de 1935 
pela produção de radioisótopos artificiais. 
(Fonte: fig. 1.8 da ref. [EHM.91]) 
 
 
Irene JOLIOT-CURIE, filha de Marie e Pierre CURIE, e seu marido Frederick JOLIOT 
(Figura 1.2.9) descobriram, em 1934, os primeiros radioisótopos produzidos artificialmente, o 
nitrogênio-13, 
13
N, e o fósforo-30, 
30
P, a partir do bombardeamento do boro e do alumínio, 
respectivamente, com partículas  emitidas pelo polônio [JOL.34]. Eles estavam pesquisando a 
emissão, a partir de radionuclídeos, do recém descoberto pósitron. Os radionuclídeos N-13 e o 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 16 
P-30 decaem com emissão de pósitrons e com vidas-médias 9,96 min e 2,50 min, 
respectivamente. Em 22 de dezembro de 1938 os químicos alemães Otto HAHN e Fritz 
STRASMANN submeteram um artigo, publicado em 6 de janeiro de 1939, anunciando a fissão 
nuclear do urânio bombardeado com nêutrons. 
 
 
1.3 – Modelos Atômicos 
 
De acordo com o modelo atômico de Niels BOHR (físico dinamarquês, Copenhague 
1885 – id. 1962), de 1913, o átomo pode ser visto como uma esfera, constituída de um núcleo 
central extremamente pequeno, envolvido por camadas de elétrons em órbitas circulares com 
raios e energias quantizadas, de tal forma que o comprimento de suas órbitas seja um múltiplo 
inteiro de comprimentos de ondas de de BROGLIE (Louis de BROGLIE físico francês, Dieppe 
1892, prêmio Nobel de física de 1929, secretário da Acad. Francesa de Ciência de 1942 a 1975 
[REY.87]). 
 
No átomo neutro, o número de núcleons carregando carga positiva, isto é, os prótons, 
formam o número atômico, Z, que é igual ao número de elétrons, cuja energia de ligação 
decresce à medida que se afastam do núcleo, de tal modo que os elétrons nas camadas mais 
externas é que são os responsáveis pelas ligações e propriedades químicas. 
 
Esta visão do átomo, entretanto, era bem diferente no início do século XX. De acordo 
com o modelo proposto por Joseph John THOMSON (físico inglês, Cheehan Hill 1856 – 
Cambridge 1940 [REY.87]), em 1908, os elétrons deveriam estar dispersos com uma certa ordem 
fixa em uma esfera contínua de eletricidade positiva, como “um pudim com passas” (veja 
Figura 1.3.1). Em 1911, RUTHERFORD propôs um modelo baseado nas experiências com 
espalhamento de partículas , realizadas em 1909 por Hans GEIGER (físico alemão, Neustadt 
1882 – Berlin 1945, determinou a carga da partícula  em 1908, inventou, em 1913, juntamente 
com RUTHERFORD, o contador Geiger [REY.87]) e Ernst MARSDEN na universidade de 
Manchester [DAS.94]. Eles utilizaram uma película metálica de ouro para espalhar as 
partículas , e observaram as imagens registradas em uma placa de vidro recoberta com uma fina 
camada de ZnS (Figura 1.3.2) (era, de fato, a descoberta do núcleo). De acordo com seu modelo, 
conhecido como “modelo do sistema solar miniaturizado”, o átomo era constituído de um 
núcleo formado por partículas de massa significativa e de carga positiva, que ocupariam uma 
pequena parte do volume total do átomo. Esta parte do átomo, responsável por praticamente toda 
a massa do átomo, era circundada por partículas negativas, os elétrons, em número suficiente para 
neutralizar a carga positiva localizada no núcleo e que girariam em torno deste, como um sistema 
solar miniaturizado. 
 
 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 17 
 
 
 
Fig. 1.3.1 : No canto esquerdo superior e na 
metade inferior representações do modelo 
nuclear de J.J. THOMSON (―grapes-in-jello‖). 
No canto direito superior representação do 
modeleo de H. RUTHERFORD (―Modelo do 
sistema solar miniaturizado‖) (Fontes: fig. 1-1 
da ref. [CHO.64] e Web) 
 
Fig. 1.3.2 : Equipamento de Hans GEIGER e 
Ernst MARSDEN para o estudo do 
espalhamento de partículas . R = fonte 
radioativa, O = fenda colimadora, B = feixe de 
partículas, F = folha de ouro, S = tela 
fluorescente de ZnS, M = microscópio, C = 
junção cônica que permite girar a fonte 
radioativa e a folha metálica ao redor da tela 
fixa (Fonte: fig. 1-1 da ref. [HAR.62]) 
 
 
1.3.1 – Núcleo e nuclídeos 
 
Durante muitos anos acreditou-se que o núcleo do átomo era constituído por prótons e 
elétrons, esta era a chamada hipótese do próton–elétron. De acordo com este entendimento, o 
átomo de nitrogênio, por exemplo, seria constituído por 14 prótons e 7 elétrons, em um núcleo 
central e outros sete elétrons, extranucleares, girando em torno deste núcleo. Esta idéia 
permaneceu até 1932, quando James CHADWICK (físico inglês, Manchester 1891 – Cambridge 
1974 [REY.87]) demonstrou a existência do nêutron, que havia sido proposta por H. 
RUTHERFORD em 1920, dando início ao modelo que hoje conhecemos. 
 
Assim, para o átomo de nitrogênio, tem-se : 7 p + 7 n + 7 e
–
. 
 
 núcleons 
 
Os núcleos atômicos são constituídos de núcleons : prótons (Z) + neutrons (N) e o 
número de núcleons é : (A = Z+N), com carga Z característica. 
 
deve-se lembrar que um nêutron livre (não ligado) é instável e desintegra-se (decai) de 
acordo com com a reação da eq.1.3.1.1 : 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 18 
1/ 2 10,6minen p e
t
E      (1.3.1.1) 
onde 
e
 é o antineutrino do elétron e E = 0,77 MeV é a energia liberada no processo, essa 
reação ocorre porque, como veremos adiante, a massa do nêutron é maior que a do próton. 
 
 nuclídeos 
 
Um nuclídeo é uma espécie constituída de um número definido de prótons (Z) e número 
definido de nêutrons (N), em seu núcleo atômico. 
 
Todos os átomos com Z e N iguais pertencem ao mesmo nuclídeo, que podem ser 
estáveis ou instáveis, estes últimos sendo radioativos e denominados radionuclídeos. 
 
A convenção internacional de representação de um nuclídeo é: 
 
XAZ
 
 
em que A é o número de núcleons e Z o número atômico. Se o nuclídeo aparece em alguma 
formula química, então a ele poderá estar associado uma carga e um índice representando quantos 
átomos daquele elemento deve conter o composto. Nesse caso a carga é escrita como sobrescrito 
à direta do símbolo e o índice como subscrito à direita do símbolo. e.g.: 
22 17
11 2 8Na O
 
 para 
representar o óxido de sódio contendo os radioisótopos do sódio e do oxigênio, ambos emissores 
de pósitrons. 
 
 Isótopos e isóbaros 
Nuclídeos com mesmo Z, mas diferentes A são denominados isótopos (mesma posição) e 
se mesmo A, mas diferentes Z, são denominados isóbaros (mesma massa). 
 
 Por exemplo, o hidrogênio possui três isótopos, que são os únicos a possuírem nomes 
específicos : 
1
H (hidrogênio) , 
2
H = D (deutério) e 
3
H = T (trítio, radioativo). 
 
 É importante ressaltar que é muito comum o uso incorreto do termo isótopo quando está se 
referindo a nuclídeo de diferentes números atômicos. Recomendamos que isso deva ser evitado, 
especialmente na prática pedagógica. As primeiras evidências de que existiriam radionuclídeos, 
hoje denominados isótopos, surgiram com a constatação, a partir de 1910, em especial dos 
trabalhos de SODY, de que as 3 famílias radioativas naturais : a do U-238 (4n + 2), a do Th-232 
(4n) e a do U-235 (4n + 3), produziam espécies radioativas com propriedades químicas idênticas, 
e que portanto deveriam pertencer ao mesmo elemento, mas com diferentes propriedades 
radioativas. Naquela época essas famílias radioativas eram chamadas as famílias do UI, do Th e 
do AcU, respectivamente, todas envolvendo decaimentos  e . Além do mais, todas elas 
terminavam por produzir chumbo, como nuclídeo estável final. Esperava-se, porém, que esses 3 
chumbos tivessem massas atômicas diferentes. Em 1912 THOMSON obteve uma ligeira 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 19 
separação dos 2 isótopos naturais, e não radioativos, do neônio, fazendo o gás, mistura dos 2 
isótopos, difundir repetidamente através de um tubo de argila. Ele usava, nesse momento, a 
teoria cinética dos gases que previa que moléculas ou átomos gasosos de diferentes massas se 
difundiriam com velocidades proporcionais ao inverso de suas massas molares. Em seguida ele 
determinou a razão carga/massa das frações obtidas utilizando um esquema de deflexão de um 
feixe de íons de neônio através de campos elétrico e magnético, encontrando para o valor de suas 
massas atômicas, respectivamente 20,15 e 22,28 g mol
–1
, os valores atuais sendo, para o Ne-20, 
19,9924 g mol
–1
 e para o Ne-22, 21,9914 g mol
–1
 com, respectivamente, as abundâncias 
isotópicas 90,51 e 9,22%. Em 1914, SODY e HYMAN determinaram a massa atômica do 
chumbo obtido da torita, um mineral do tório, como sendo 207,74 g mol
–1
, enquanto RICHARDS 
e colaboradores obtiveram um valor de 206,08 g mol
–1
 para o chumbo extraído do mineral de 
urânio clevita. Em 1919, ASTON, usando, um equipamento de deflexão por campo elétrico e 
magnético mais preciso, ao qual ele chamou de espectrógrafo de massa, demonstrou que muitos 
elementos eram constituídos de uma mistura de isótopos, cujas massas atômicas eram muito 
próximas de valores inteiros da unidade de massa atômica. A adoção definitiva do termo isótopo, 
entretanto, só pôde ser feita após a descoberta do nêutron em 1932 e a confirmação da hipótese 
próton-nêutron para a constituição do núcleo. Vale ressaltar que o deutério, cuja abundância 
isotópica é de míseros 0,0148%, somente foi isolado em 1933 na Alemanha durante pesquisas 
militares do terceiro Reich. 
 A quantidade de isótopos naturais estáveis de um elemento é muito variável, sendo o Bi-
209 o mais pesado deles, visto que o U-238 (99,28%, 4,47  109 a), o U-235 (0,72%, 
7,04  108 a), o U-234 (0,0055%, 2,44  105 a) e o Th-232 (100%, 1,405  1010 a) são nuclídeos 
naturais, mas não são estáveis, já que todos eles sofrem decaimento . Os Elementos tecnécio e 
promécio são os únicos elementos abaixo do bismuto que não possuem isótopos naturais estáveis, 
sendo o Tc-97 (t1/2 = 2,6  10
6
 a), o Tc-98 (t1/2 = 4,2  10
6
 a), o Tc-99 (t1/2 = 2,1  10
5
 a), o Pm-
145 (t1/2 = 17,7 a), o Pm-146 (t1/2 = 5,53 a), e o Pm-147 (t1/2 = 2,62 a) os isótopos de meias vidas 
mais longas desses elementos. Os nuclídeos Be-9, F-19, Na-23, Al-27, P-31, Sc-45, Co-59, As-
75, Y-89, Nb-93, Rh-103, I-127, Cs-133, Pr-141, Tb-159, Ho-165, Tm-169, Au-197 e o Bi-209 
são os únicos isótopos naturais estáveis desses elementos. Os elementos cádmio, xenônio e o 
estanho são os elementos que apresentam as maiores quantidades de isótopos naturais, 
respectivamente, 8, 9 e 10 isótopos. Abundância natural dos isótopos estáveis de um elemento é, 
em geral, constante no tempo e independente da fonte ou origem do elemento. Assim, as massas 
molares dos elementos encontradas nas tabelas periódicas, são calculadas como a média 
ponderada, pelas suas abundâncias isotópicas, das massas, expressas em g mol
–1
, de seus isótopos 
naturais estáveis, e são também constantes. Em algumas situações, porém, a abundância 
isotópica de certos elementos é diferente dos valores adotados para os cálculos das massas 
molares. Em minerais de urânio e tório, os isótopos Pb-206, Pb-207 e Pb-208, produtos finais 
das 3 famílias radioativas naturais, ocorrem em proporções maiores que as esperadas 
relativamente ao Pb-204 que não é radiogênico (originado de um processo radioativo). Em 
cavidades fechadas de minerais contendo urânio ou tório e em poços de gás natural a quantidade 
de He-4 relativamente a de He-3 é muito maior que aquela encontrada na atmosfera. Isto se deve 
à produção de He-4, a partir da neutralização das partículas  emitidas pelos radionuclídeos das 3 
famílias radioativas naturais mencionadas acima. Devido à maior velocidade de difusão e ao 
menor ponto de ebulição das moléculas constituídas de isótopos mais leves de um dado elemento, 
certas fontes dessas moléculas podem se apresentar enriquecidas das moléculas constituídas pelos 
isótopos mais pesados. Estes fenômenos são conhecidos como efeitos isotópicos sobre a cinética 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 20 
e sobre o equilíbrio das transformações de estado termodinâmicas. Efeitos isotópicos sobre a 
posição de equilíbrio das reações químicas podem também favorecer o enriquecimento de certos 
isótopos em alguns compostos [FRI.81]. Considerando o total de isótopos de um dado elemento, 
estáveis ou não, naturais ou sintéticos, o hidrogênio é o elemento que possui o menor número de 
isótopos, apenas 3, já os elementos com maiores números de isótopos : Sn, In, Pt, Hg, Te, Ba, 
Pb, Cs, e Xe possuem, respectivamente, 29, 29, 29, 30, 30, 30, 30, 31 e 32 isótopos conhecidos 
até 1981 [FRI.81]. Evidentemente, não foram contados os vários isômeros (cf. definição abaixo) 
desses nuclídeos. 
 
Outras definições: 
 
 Radioisótopos – são isótopos radioativos de um elemento. 
Isótonos – são nuclídeos com mesmo número N de nêutrons, por exemplo: 
 
36
16S
, 
37
17Cl
, 
38
18Ar
, 
39
19K
, 
40
20Ca
 (todos tem mesmo número de nêutrons, isto é, 20). 
 
 Isômeros – são nuclídeos que se diferenciam apenas no estado de energia de seu núcleo, tendo 
o mesmo número de prótons e nêutrons. 
 
 Em 1922 quando HAHM mostrou que as espécies radioativas, naquela época, denominadas 
de UX2 (Pa-234m) e UZ (Pa-234) teriam o mesmo número atômico (91) e o mesmo número de 
massa (234), como então era chamado o hoje denominado número de núcleons, foi quando se 
descobriu o fenômeno do isomerismo. Os isômeros de um nuclídeo podem estar no seu estado 
fundamental de energia (estado de mais baixa energia, às vezes indicado com a letra g do lado 
direito de seu número de núcleons) ou em estados excitados de energia. Os isômeros excitados 
não são estáveis e decaem, em geral emitindo apenas radiação gama, para o estado fundamental 
com meias vidas características. Quando essa meia vida é maior que 1 s (microssegundo) o 
nuclídeo é chamado de isômero metaestável (m), caso contrário, ele é designado de estado 
excitado. Exemplos são apresentados nas reações das equações eq.1.3.1.2, eq.1.3.1.3, eq.1.3.1.4, 
eq.1.3.1.5, e eq.1.3.1.6 : 
 
1/ 2 18,75 s46 46Sc Sc γtm g 
 (1.3.1.2) 
1/ 2 56,114 min103 103Rh Rh γtm g 
 (1.3.1.3) 
1/ 2 25,2 s211 207
γ 0,02%
Po Pb αtm g 
 (1.3.1.4) 
1/ 2 43,9 a121 121
β 22,4%
Sn Sb γtm g
 
 (1.3.1.5) 
1/ 2 6,472 h82 82
γ 0,33%
Rb Kr βtm g 

 
 (1.3.1.6) 
 
No caso das duas primeiras reações, radiações gama são emitidas mas, de um modo geral, não 
são representadas. Essas reações nucleares podem ser representadas de outra forma. No caso das 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 21 
três primeiras reações acima (eq.1.3.1.2, eq.1.3.1.3, eq.1.3.1.4) podemos escrever equações 
simplificadas e equivalentes, respectivamente, eq.1.3.1.7, eq.1.3.1.8, eq.1.3.1.9 : 
 
1/ 2 18,75 s46 46
γ
Sc Sc
tm g
 (1.3.1.7) 
1/ 2 56,114min103 103
γ
Rh Rh
tm g
 (1.3.1.8) 
1/ 2 25,2 s211 207
α
Po Pb
tm g
 (1.3.1.9) 
 
onde as radiações emitidas são colocadas debaixo das setas entre reagentes e produtos. 
 
 Para a eq.1.3.1.9 lê-se: o radionuclídeo 211Po, metaestável (m), desintegra-se formando o 
nuclídeo 
207
Pb, com uma meia-vida (t1/2) de 25 segundos, emitindo partículas . 
 
(t1/2 é o tempo necessário para que a metade dos nuclídeos se desintegrem, isto é, a 
radioatividade caia para a metade de seu valor inicial). 
 
 
Exercício 1.3.1.1 : 
Escreva os textos com as leituras das reações de decaimento radioativo das equações 
eq.1.3.1.7, eq.1.3.1.8, eq.1.3.1.10, eq.1.3.1.11 e eq.1.3.1.12 : 
 
1/ 2 43,9 a121 121
 77,6 %
Sn Sb
tm g
 

 (1.3.1.10) 
1/ 2 6,472 h82 82
γ, β 99,77%
Rb Kr
tm g


 (1.3.1.11) 
1/ 2 2,55 a22 22
11 10β , CE
Na Ne
t


 (1.3.1.12) 
 
 
 
1.3.2 – Materiais radioativos 
 
São materiais contendo radionuclídeos, em concentrações mensuráveis, já que 
praticamente todos materiais contêm alguma espécie radioativa, mas em quantidades muito 
pequenas, dificilmente mensuráveis. 
 
O material radioativo pode ser : natural, ou sintético (isto é, preparado em laboratórios 
especiais, por exemplo, através do bombardeamento de certos núcleos com partículas, como , , 
p, d, etc.). Materiais ou fontes radioativas fechadas são aqueles em que o radioisótopo 
encontra-se preso (encapsulado) no interior de um sólido (matriz sólida), com espessura de no 
mínimo 5 mm, impedindo, assim, sua liberação para o meio ambiente. Caso contrário, a fonte é 
dita aberta. 
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 22 
 
 Todos os elementos acima do bismuto (Z = 83) são radioativos. Entre eles, todos aqueles 
que ocorrem na natureza são produtos da série de decaimentos radioativos  e – das três famílias 
ou séries naturais : a do urânio-238, a do urânio-235, inicialmente conhecido como actínio-
urânio – AcU – daí a série ser também chamada de família do actínio, e a do tório-232, (veja as 
Figura 1.3.2.1, Figura 1.3.2.2 e Figura 1.3.2.3), respectivamente. Esses três radionuclídeos têm 
meias vidas muito longas (maior que 10
8
 anos) e, por isso, ainda são encontrados na natureza e 
constituem os pais de cada uma dessas famílias. Após uma série de decaimentos 
radioativos  e –, cada um desses nuclídeos produzem seus filhos, netos, bisnetos, etc, até que, 
finalmente, todas as séries terminem por produzir um isótopo estável do chumbo, 
respectivamente, o 
206
Pb, o 
207
Pb, e o 
208
Pb. É fácil verificar nas Figura 1.3.2.1, Figura 1.3.2.2 e 
Figura 1.3.2.3 que os números de núcleons de todos os nuclídeos pertencentes a cada uma dessas 
séries podem ser obtidos pelas expressões 4n+2, 4n+3 e 4n, onde n é um número inteiro 
adequado. Por exemplo n = 59 resulta em A = 4  59 + 2 = 238, o número de núcleons do 
primeiro radionuclídeo da família do 
238
U; já n = 51, resultaria em A = 206, o número de 
núcleons do último nuclídeo dessa série. Não existe a família radioativa natural 4n+1, pois seu 
nuclídeo pai é o 
237
Np de vida média de 2,14  106 anos, muito menor que a idade da terra, por 
isso ele não pode ser encontrado na natureza. Produzido sinteticamente, o Np-237 decai em uma 
série de decaimentos radioativos  e – até produzir o nuclídeo estável 209Bi (cf. Figura 1.3.2.4). 
 
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 23 
 
 
Fig. 1.3.2.1 : Família radioativa natural do U-238, ou série 4n+2. (Fonte: fig. 1.1 da ref. [FRI.81]) O Cm-246 é avô lábil do U-238. 
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 24 
 
 
Fig. 1.3.2.2 : Família radioativa natural do U-235, ou série 4n+3. (Fonte: fig. 1.3 da ref. [FRI.81]) O Cm-243 é avô lábil do U-235. 
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 25 
 
 
Fig. 1.3.2.3 : Família radioativa natural do Th-232, ou série 4n. (Fonte: fig. 1.2 da ref. [FRI.81]) O Cm-244 é bisavô lábil do Th-232. 
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 26 
 
 
Fig. 1.3.2.4 : Família radioativa sintética do Np-237, ou série 4n+1. (Fonte: fig. 1.4 da ref. [FRI.81]) 
O Es-249 é bisavô lábil do Np-237. 
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 27 
 
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 28 
 
 Em 1906, N.R. CAMPBELL e A. WOOD descobriram que havia uma leve radiação  no 
potássio e no rubídio. Em 1932, G. HEVESY e M. PAHL detectaram emissões de radiação  do 
samário. Nos anos que se seguiram, outros radionuclídeos naturais foram descobertos (vide 
Tabela 1.3.2.1). Um dos fatores que dificultam a descoberta de radionuclídeos naturais reside no 
fato de que, em geral, eles possuem baixa abundância isotópica e/ou meias vidas muito longas. 
Isso torna suas atividades (quantidade de radiação emitida pela amostra radioativa, por unidade 
de tempo) muito baixas, tornando-os de difícil detecção, especialmente devido à contagem de 
fundo (ou ruído de fundo ou em inglês background) causada pela radiação oriunda da presença de 
urânio, tório e potássio no solo e alvenaria do laboratório, assim como devido à radiação cósmica. 
 
 
Tab. 1.3.2.1 : Nuclídeos radioativos que ocorrem na natureza, mas não fazem 
partedas 3 famílias radioativas naturais. (adaptado da Tab. 1.1 da ref. [FRI.81]) 
Nuclídeo 
radioativo 
Tipo de 
desintegração 
Meia-vida 
anos 
Abundância 
isotópica % 
Produtos 
estáveis de 
desintegração 
K-40 –, EC, + 1,28  109 0,0117 Ca-40, Ar-40 
Rb-87 – 4,8  1010 27,83 Sr-87 
Cd-113 – 9  1015 12,2 In-113 
In-115 – 5,1  1014 95,7 Sn-115 
La-138 EC, – 1,1  1011 0,089 Ba-138, Ce-138 
Nd-144  2,1  10
15
 23,8 Ce-140 
Sm-147  1,06  10
11
 15,1 Nd-143 
Sm-148  8  10
15
 11,3 Nd-144 
Gd-152  1,1  10
14
 0,20 Sm-148 
Lu-176 – 3,6  1010 2,61 Hf-176 
Hf-174  2,0  10
15
 0,16 Yb-170 
Re-187 – 4  1010 62,60 Os-187 
Pt-190  6  10
11
 0,013 Os-186 
 
 
1.4 – Estabilidade dos nuclídeos 
 
A IUPAC e a IUPAP reconhece desde 08 de janeiro de 2016 a existência de 118 
elementos [IUPAC.16], sendo que somente 81 deles possuem isótopos estáveis, o mais pesado 
deles sendo o Bi-209 ou 
209
83 Bi
. Os (109 – 81) = 28 elementos restantes são todos radioativos, o 
U-238 ou 
238
92 U
 sendo o elemento natural mais pesado. O roentgênio 
272
111 Rg
 foi o último 
elemento a ter sua descoberta reconhecida e nome definitivo adotado. Os elementos de Z = 113, 
115, 117 e 118 já tiveram suas sínteses anunciadas, mas a IUPAC e a IUPAP aguardam novos 
resultados que confirmem os já anunciados, para só então reconhecerem os descobridores desses 
elementos e seus nomes propostos pelos pesquisadores que reclamam suas descobertas (sínteses). 
Por enquanto esses elementos têm nomes e símbolos provisórios, a saber : Uut-113 ununutrio, 
Uup-115 ununpentio, Uus-117 ununséptio e Uuo-118 ununóctio. 
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 29 
 
Levando-se em conta que o número de isótopos de cada elemento pode variar de 3 (H) a 
29 (Pt), eram conhecidos, no início de 1980, mais de 2500 [FRI.81] nuclídeos, sendo que 
somente 271 deles são estáveis, os demais radioativos. 
 
Se considerarmos apenas os 271 nuclídeos estáveis sua distribuição é mostrada na Tabela 1.4.1 : 
 
Tab. 1.4.1 : Distribuição dos nuclídeos estáveis 
existentes na natureza. 
Tipo de nuclídeo Número de nuclídeos estáveis 
g,g 162 
g,u 55 
u,g 49 
u,u 5 
g = par e u = ímpar (gerade e ungerade em alemão) 
 
Esta distribuição, nada aleatória, indica que por alguma razão os nuclídeos g,g, de número par de 
prótons e número par de nêutrons, devem ser mais estáveis que os demais. Os cinco nuclídeos 
u,u : 
2
H, 
6
Li, 
10
B, 
14
N 
50
V, são leves, não existindo nuclídeo desse tipo pesado (o 
180
Ta, não se 
sabe ao certo, talvez seja estável, sua vida média é maior que 1,2 × 10
15
 a e sua abundância 
isotópica é 0,01201% [NNDC.BNL]). Outra observação empírica é resumida na chamada regra 
isobárica de MATTAUCH : 
―Não existe um par de isóbaros estáveis cujos números atômicos difiram apenas de uma 
unidade‖. 
As únicas exceções conhecidas a essa regra são : 
50 50 50
22 23 24Ti V Cr 
 ; 
113 113
48 49Cd In
 e 
180 180
72 73Hf Ta
, embora os raros nuclídeos 
50
23 V
 e 
180
73 Ta
 possam ser radioativos com meias vidas 
extremamente longas (V-50: t½ > 2,1 × 10
17
 a, 0,250% ; Ta-180: t½ > 1,2 × 10
15
 a, 0,01201% 
[NNDC.BNL]). Essa regra foi útil na descoberta de novos radionuclídeos, e portanto instáveis, 
como o 
40
K o 
138
La e o 
176
Lu nas série isobáricas : 
 
40 40 40
18 19 20Ar K Ca 
 , 
138 138 138
56 57 58Ba La Ce 
 , 
176 176 176
70 71 72Yb Lu Hf 
. 
 
A distribuição dos nuclídeos estáveis apresentada na Tab. 1.2 e a regra de MATTAUCH deram 
subsídio para o desenvolvimento do modelo nuclear da gota líquida e podem ser entendidas com 
base. 
 
 Os nuclídeos não estáveis procuram alcançar a estabilidade através de uma transmutação 
nuclear radioativa ou decaimento radioativo ou, ainda, desintegração nuclear, no qual o 
núcleo instável se transforma em outro núcleo, estável ou não, alterando sua composição nuclear, 
no que se refere ao seu número de prótons e de nêutrons, ou sua configuração nuclear, alterando 
seu nível de energia potencial interno. Nesse processo, uma radiação é emitida, a qual, contendo 
uma certa quantidade de energia, contribui para diminuir a alta quantidade de energia contida no 
núcleo originalmente instável. As radiações que podem ser emitidas nesse processo de 
estabilização nuclear se dividem em dois tipos : radiações corpusculares e eletromagnéticas. Os 
tipos mais comuns de radiações corpusculares são as radiações  e . Quanto à radiação 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 30 
eletromagnética emitida nesses processos, ela, em geral, se encontra na faixa de energias desde 
algumas dezenas de elétron volts (eV), correspondendo a raios-X, até alguns milhões de elétron 
volts (MeV), correspondendo às chamadas radiações gama (). No decaimento com emissão de 
radiação eletromagnética não ocorre alterações no número atômico ou de núcleons do nuclídeo, 
mas tão somente uma alteração da distribuição desses núcleons pelos níveis energéticos 
nucleares, que passando a ocupar níveis de mais baixas energias, liberam a diferença de energia – 
E –, entre esses níveis de energias nucleares, através da radiação eletromagnética emitida. 
Assim temos : E = h = h/(c), onde  e  são, respectivamente, a freqüência e o 
comprimento de onda da radiação emitida. As reações eq.1.3.1.2, eq.1.3.1.3, eq.1.3.1.7 e 
eq.1.3.1.8 acima são exemplos típicos de decaimento gama. No decaimento beta duas situações 
podem ocorrer : o decaimento beta menos – – –, mais comum nos radionuclídeos naturais, e o 
decaimento beta mais – +. No primeiro caso, o número atômico do nuclídeo produto da 
desintegração radioativa, chamado de nuclídeo filho, é uma unidade maior que do nuclídeo 
original, o nuclídeo pai, enquanto seu número de núcleons permanece inalterado (vide reações 
eq.1.3.1.5 e eq.1.3.1.10. No segundo caso, o número atômico do nuclídeo filho é reduzido de 
uma unidade, sem alteração em seu número de núcleons (vide reações das eq.1.3.1.6, eq.1.3.1.11 
e eq.1.3.1.12. Nos decaimentos com emissão de partículas , ocorre, simultaneamente, uma 
redução de duas unidades do número atômico e de quatro unidades do número de núcleons do 
nuclídeo filho em relação a esses valores do nuclídeo pai (vide reações eq.1.3.1.4 e eq.1.3.1.9. 
 
1.5 – Propriedades do Núcleo Atômico 
 
1.5.1 – A Carga Nuclear 
 
 De acordo com o modelo nuclear de H. RUTHERFORD o núcleo teria uma carga positiva 
distribuída em um volume muito menor que o do próprio átomo. Essa carga altamente 
concentrada seria responsável pelo espalhamento das partículas , em especial causando grandes 
ângulos  de espalhamento observados por GEIGER e MARSDEN (Figura 1.3.2 e 
Figura 1.5.1.1). Trabalhando com a hipótese de que a carga nuclear era puntual, que quase toda a 
massa do átomo se concentra nesse ponto eletricamente carregado, e que permanece imóvel 
durante o choque com a partícula , RUTHERFORD deduziu a eq.1.5.1.1a: 
 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 31 
 
 
 



 d
E
eZZlN
n
dn
2sin
1
416 4
2
0
2







 (1.5.1.1a) 
onde : 
dn() é o número de partículas  que se chocam por unidade de tempo em uma pequenina 
(a rigor infinitesimal) área circular unitária, centrada no ângulo , da placa 
fluorescente de ZnS, colocada a uma distância r do alvo, 
r é a distância da placa circular fluorescente de ZnS, ao pontode incidência do feixe do 
projétil sobre a folha metálica do alvo. 
 é o ângulo de espalhamento medido no centro da área unitária da placa fluorescente 
de ZnS, onde se está contando as cintilações provocadas pelas partículas , 
d é o ângulo sólido que engloba a área unitária da placa fluorescente de ZnS, referida 
acima, que é constante se essa placa está à distância fixa da folha metálica, vide 
Figura 1.3.1, 
n(0) é o número de partículas  que atravessam uma área unitária, por unidade de tempo, 
no feixe incidente de partículas , i.e., é a intensidade do feixe incidente, que é uma 
constante, 
N é o número de átomos alvo por unidade de volume. 
 i.e., N =  NA/M. M = massa molar do metal alvo. NA = número de Avogadro. 
 = densidade específica do metal alvo, 
l é a espessura da folha metálica (em geral de ouro) usada como alvo, 
Z e Z é o número atômico do átomo projétil (4 no caso da partícula ) e do átomo alvo (79 
no caso do Au), respectivamente. Em geral estamos interessados em determinar Z, 
e é a carga elementar de elétrons e prótons (e = 1,6021910–19 C), 
o é a Constante dielétrica do vácuo, 
E é a energia cinética das partículas  incidentes. i.e., E = 1/2 mv
2
., onde m é a 
massa da partícula  e v sua velocidade. 
 
 Como a energia cinética das partículas  oriundas do radionuclídeo 210Po 
(E = 5,30415 MeV [KNOL.89]) usado nesses experimentos era conhecida, e as demais 
grandezas eram mensuráveis, pode-se determinar o número atômico Z do átomo alvo, com 
facilidade. A expressão da eq.1.5.1.1a está escrita na forma de um diferencial. Podemos também 
escrevê-la em sua forma integrada, considerando que contamos o número de partículas por 
unidade de tempo que alcançam uma superfície circular unitária finita, centrada no ângulo  e a 
uma distância r da folha metálica, assim, obtemos a expressão da eq.1.5.1.1b : 
 
 
 
 
2
2
α
2 4
0 α
0 1
16 4 sin 2
n Nl Z Z e
n
r E
  
 
  
 
 (1.5.1.1b) 
 
Onde os símbolos têm os mesmo significados definidos acima para a eq.1.5.1.1a. Essa forma 
para a equação de RUTHERFORD é de mais fácil compreensão. 
De acordo com as eq.1.5.1.1a ou eq.1.5.1.1b os produtos dn  sen4(/2) ou n  sen4(/2), 
respectivamente, devem ser constantes. O que pode ser verificado na Tabela 1.5.1.1, que mostra 
alguns resultados típicos nesse tipo de experimento. 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 32 
 
Tab. 1.5.1.1 : Resultados típicos de um experimento de espalhamento de partículas  por uma 
folha de ouro como no experimento de GEIGER e MARSDEN. (tabela adaptada da Tabela 1.1 
em [HAR.62]) 
Ângulo de deflexão, 
 /graus 
Número de flashes por unidade 
de tempo, n 
Produto : n  sen4(/2) 
30 7800 35,0 
37,5 3300 35,3 
45 1435 30,8 
60 477 29,8 
75 211 29,1 
105 69,5 27,5 
120 51,9 29,0 
135 43,0 31,2 
150 33,1 28,8 
 
 As eq.1.5.1.1a e eq.1.5.1.1b foram deduzidas considerando o núcleo como pontual e 
imóvel, o que gera imprecisão na determinação do número atômico do alvo, em especial para 
átomos leves. Mas é fácil perceber que o número de partículas  espalhadas, para um dado 
ângulo, é proporcional ao quadrado da carga, em unidades da carga do elétron do núcleo alvo e, 
portanto, ao quadrado do número atômico. Até aquela data, o número atômico representava 
apenas a posição do elemento na tabela periódica, agora se via que esse número corresponderia à 
carga nuclear, ao número de elétrons extranucleares e determinaria as propriedades químicas do 
elemento. 
 Outra forma de determinar o número atômico de um nuclídeo é usar a lei de MOSELEY. 
H.G.J. MOSELEY verificou, em 1913 [HAI.57, MOS.13, MOS.14], que a freqüência de 
fluorescência de raios-X, X, das raias K crescia com a massa molar, mas de forma um tanto 
desordenada. Entretanto, o gráfico da raiz quadrada de X em função de o número atômico (a 
carga nuclear determinada pelo espalhamento ) tinha o comportamento perfeitamente linear 
(Figura 1.5.1.2), levando à eq.1.5.1.2 : 
 
X = k(Z – 1)
2
 (1.5.1.2) 
 
onde, k  5  107 s–1 é uma constante de proporcionalidade. A lei de MOSELEY ajudou na 
descoberta de novos nuclídeos instáveis, em especial para aqueles de meia vida curta, para os 
quais seria impossível determinar o número atômico através de um experimento de espalhamento 
de partículas . A determinação do número atômico de um nuclídeo X instável, produzido pelo 
bombardeamento do 
248
Cm com íons 
12
C acelerados (eq.1.5.1.3), foi possível através da 
determinação do número atômico de seu filho Y, usando a lei de MOSESLY : 
 
248
Cm(
12
C,5n)
255
X ou : 248 12 255Cm C X 5n   (1.5.1.3) 
 
O nuclídeo 
255
X sofre decaimento  com meia vida de 3,1 min, transformando-se em 251Y, de 
acordo com a reação da eq.1.5.1.4a : 
 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
 33 
1/ 2 3,1min255 251X Y αt   (1.5.1.4a)
 
Quando a partícula  atravessa a nuvem eletrônica de 251Y, elétrons da camada K podem ser 
arrancados, e o decaimento de elétrons da camada L, imediatamente superior, leva à emissão 
fluorescente da raia K de raios-X do nuclídeo 
251
Y, com X = 49,005  10
10
 s
-1
. Aplicando a 
eq.1.5.1.2 : 49,005  1010 s-1 / 5  107 s-1 = 9801 = (Z – 1)2 ==> (Z – 1) = 99, obtemos, assim, o 
valor Z = 100 para o número atômico de 
251
Y, que corresponde ao 
251
Fm; logo o nuclídeo 
255
X 
deve ter número atômico 102, o que corresponde ao 
255
No e a reação da eq.1.5.1.4a se torna a 
eq.1.5.1.4b. 
 
1/ 2
2513,1min255
100102 No Fm α
t  
 (1.5.1.4b)
 
 Em 1913, Niels BOHR propõe seu modelo explicando como elétrons girando ao redor do 
núcleo não terminariam por cair sobre ele. Para isso BOHR supôs que apenas as órbitas de 
comprimento múltiplo inteiro do comprimento de onda de ―de BROGLIE‖, associado ao elétron, 
seriam estáveis (cf. eq.1.5.4.2). Surge assim, o número quântico principal n, para os níveis de 
energia eletrônicos. Posteriormente, em 1926, E.SCHROEDINGER e W. HEISENBERG, 
propuseram o modelo mecânico quântico moderno, o conceito de orbita é substituído pelo de 
orbital e surgem os números quânticos secundário l (orbital), magnético m e de spin s. 
 
 
 
Fig. 1.5.1.1 : Representação do fenômeno de 
espalhamento de partículas , observado por 
GEIGER e MARSDEN e interpretado por 
RUTHERFORD.  é o ângulo de 
espalhamento medido entre a direção de 
incidência e de reflexão da partícula. (Fonte: 
fig. 1.1 da ref. [KEL.81]) 
Fig. 1.5.1.2 : Lei de MOSELEY, que relaciona 
a freqüência  das linhas K de fluorescência 
de raios-X com o número atômico Z do 
elemento fluorescente: 
1/2 = k(Z - 1) 
(Fonte: fig. 1.2 da ref. [KEL.81]) 
 
 
Introdução à Radioquímica e à Química Nuclear W.F. MAGALHÃES & J.C. MACHADO 
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1.5.2 – Massa Nuclear, Massa atômica, Massa do Nuclídeo ou Massa Nuclídica e Peso 
Atômico 
 
 O valor experimental para a massa do núcleo atômico, i.e., a massa dos prótons e nêutrons 
que o constituem, é chamado de massa nuclear. Referimo-nos à massa experimental de um dado 
nuclídeo específico, incluindo aí as massas de prótons, nêutrons e elétrons, como massa atômica 
ou ou massa do nuclídeo ou massa “nuclídica”, conforme o contexto de sua utilização. O que 
chamamos de peso atômico, é a massa molar do elemento, como ela aparece na tabela 
periódica. O peso atômico não é um peso mas sim a massa média ponderada, pelas suas 
abundâncias isotópicas, das massas atômicas dos isótopos naturais estáveis, que existem para