Química Nuclear

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CAPÍTULO 9 
QUÍMICA NUCLEAR 
Nessa parte da matéria começaremos a estudar sobre o que acontece quando “se 
mexe” no núcleo do átomo. Antes de iniciarmos o assunto de química nuclear voltarei 
em alguns assuntos que teria que ser estudado em física, mas como não sei como é à 
base de física dos meus alunos espalhados por todo Brasil, iremos rever alguns 
conteúdos (apenas uma revisão) e talvez até puxar algumas coisas de ensino superior. 
9.1 – Conceitos de física 
 Nessa seção iremos ver alguns conceitos de física apenas no intuito de revisar 
algumas coisas, sendo que eu não cobrarei esses conceitos de revisão em minha prova. 
9.1.1 – Ondas 
 Onda é uma perturbação que se propaga em um meio e pode ser classificadas em 
dois tipos sendo eles em: 
1) Mecânicas: São aquelas que dependem de matéria para se propagarem. 
Exemplo: Nossa voz. 
2) Eletromagnética: São aquelas que não dependem de matéria para se propagarem 
e por isso conseguem se dissipar no vácuo. 
Exemplo: Ondas de rádio. 
9.1.2 – Trabalho 
 Na física o trabalho é uma força que um corpo qualquer exerce e consegue fazer 
com que ele se movimente, dessa maneira dizemos que aquele corpo realizou um 
trabalho. 
9.1.3 – Energia 
 Capacidade que um sistema possui de realizar trabalho e se apresenta de diversas 
formas: calorífica, cinética, elétrica, mecânica, potencial, radiante, química e 
eletromagnética. Esses três últimos tipos de energias são as que mais iremos trabalhar 
nesse ultimo capítulo desse livro. 
 
 
 
Página 183 
Capítulo 9. Química nuclear 
 
9.2 – O espectro eletromagnético 
 As ondas são perturbações que exerce uma relação matemática que pode ser 
representada conforme a formula abaixo: 
 
E = 
 
 
 
 
Aonde: 
E = Energia 
h = Constante de Planck que tem valor de 6,63 x 10
-34
 J x S 
c = Velocidade da luz no vácuo 300.000.000 m/s 
λ = Comprimento de onda em nanômetro (nm) 
 
 Perceba então pessoal que o comprimento de onda e a energia dela são duas 
grandezas inversamente proporcionais que nos exerce a seguinte relação. 
 
E α 
 
 
 
 
 Com o passar dos anos e com a aplicação de muitos estudos foi se percebendo 
que as ondas em um determinado comprimento adquiria certo tipo de comportamento e 
que à medida que esse comprimento fosse maior ou menor ela era capaz de criar 
algumas perturbações nas moléculas que poderiam variar desde a vibração delas até a 
ionização ou até mesmo a destruição do núcleo do átomo, portanto foi criado o espectro 
de ondas eletromagnéticas que podem ser conferido na página 185. 
 
 
 
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Capítulo 9. Química nuclear 
 
DIAGRAMA DO ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO 
(Comprimento de onda – nm) 
 
 Observem que apenas um pequeno pedaço do espectro de onda está na região de 
cores visíveis, ou seja, a maioria das ondas eletromagnéticas não são visíveis. Cada 
onda do espectro tem um comportamento de acordo com seu tamanho, vejamos: 
 
 
 γ (gama) UV Visível IV Micro ondas 
 
 Destrói o átomo ∞ excitação vibra rotação 
 
Se formos interpretar o espectro acima, veremos que: 
 Radiação Gama (γ): Destrói o átomo 
 Ultra Violeta (UV): Manda o elétron pra infinito 
 Visível: Excita os elétrons 
 Infra Vermelho (IV): Causa vibrações nas moléculas 
 Micro Ondas: Causa a rotação das moléculas 
O espectro mais alto causa mesmo efeito dele e dos mais baixos também. 
 
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Capítulo 9. Química nuclear 
 
Exercícios 9.1 – Sabendo que no espectro do micro ondas as moléculas vibram, 
explique por que a comida é esquentada quando colocada nesse aparelho. Explique 
ainda por que não é possível esquentar um prato de farofa no micro ondas. 
Exercícios 9.2 – Em qual comprimento de onda começa o espectro visível? E aonde ele 
termina? Essa variação é de quantos nanômetros? 
 Exercícios 9.3 – Sabe se que as radiações ultravioleta que vem do sol pode ser do tipo 
UVA, UVB e UVC. Os protetores solares atuais são feitos com principio ativo de TiO2 
que tem seu elétron ionizado protegendo nossa pele, porém, esse creme protege 
somente contra as radiações UVA e UVB, sendo que as radiações UVC são retidas na 
camada de ozônio (O3). Quanto ao tamanho dessas três radiações de em ordem 
crescente o tamanho do comprimento de onda de cada uma delas. 
Exercícios 9.4 – Explique por que não se pode colocar alumínio no micro ondas. 
 
9.3 – Radioatividade 
Radiação é um processo nuclear, ou seja, ocorre no núcleo do átomo e nesses 
processos o núcleo do átomo sofre alteração e essa alteração gera energia e ela pode ser 
eletromagnética (são as ondas que se propagam no espaço) e também energia de fótons 
(entenderemos fótons como a propagação da luz, embora esse assunto no ensino 
superior torna-se muito mais complexo). 
 Um elemento é considerado radioativo quando ele é capaz de emitir essas ondas 
radioativas e isso ocorre geralmente em átomos com o núcleo mais pesado, ou seja, que 
possuem uma quantidade maior de próton que elétrons. 
 Conceitos: 
1) Fusão nuclear: É a junção de dois átomos pequenos para originar um átomo com 
número atômico maior. A fusão nuclear requer muita energia para ocorrer, mas em 
compensação libera muito mais energia do que necessita para se formar. Esse processo 
de fusão nuclear acontece o tempo todo nas estrelas e é graças a esse processo que o 
nosso sol mantém nosso planeta aquecido. 
 
 
 
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Capítulo 9. Química nuclear 
 
 
Processo de fusão nuclear 
2) Fissão nuclear: O processo de fissão nuclear é a quebra de um núcleo instável em 
dois átomos menores pelo bombardeamento de partículas como nêutrons. Os isótopos 
(quem não lembra o que é isótopos reveja o capítulo 3 do nosso volume 1) formados na 
fissão possuem massa parecidas, porém a sua formação libera uma energia violenta. 
 
Processo de fissão nuclear 
 
Exercícios 9.5 – Dentre os novos processos estudados qual é o processo utilizado nas 
usinas nucleares e quais reações acontece nas estrelas? 
Exercícios 9.6 – Sabendo que a fissão libera mais energia que a fusão o que se pode 
dizer em relação ao comprimento de onda desses dois processos? 
 
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Capítulo 9. Química nuclear 
 
9.4 – Leis da radioatividade 
 Em 1900 Raul Villard propôs a divisão entre três tipos de partículas a qual 
estudaremos cada uma delas como leis, mas antes vamos conhecer quais são elas e em 
seguida estudaremos as fissões nucleares. 
 α – Alfa: Partículas pesadas que liberam átomos de Hélio (2He
4
) para o meio. 
 β – Beta: Partículas mais leves que as alfas e libera elétrons, por isso penetram 
mais que as alfas. 
 γ – Gama: Partículas muito leve compostas basicamente por energia e ela são 
capazes de destruir o núcleo do átomo. 
Essas 3 partículas eu quero que vocês decorem o nome e também o que cada 
uma faz pois a partir delas que estudaremos as leis da radioatividade. 
9.4.1 – 1° Lei: Radiações alfa α 
 O átomo radioativo que libera uma partícula alfa dá origem a um novo elemento, 
que apresenta número de massa (A) com 4 unidades a menos e número atômico (Z) com 
duas unidades a menos. 
Genericamente temos: 
 
A
XZ → 4α
2
 + 
A – 4
YZ – 2 
 
Por exemplo: Quando o núcleo de 
238
U92 emite radiações α ele se transforma em 
234
Th90. 
 
238
U92 → 4α
2
 + 
234
Th90 
 
Esses dois retângulos que temos representados acima é a maneira correta da qual 
devemos prestar bastante atenção ao representarmos uma reação nuclear. 
 
 
 
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Capítulo 9.Química nuclear 
 
9.4.2 – 2° Lei: Radiações beta β 
 Quando um elemento radioativo emite uma radiação β ele se transforma em um 
elemento novo que possui a mesma massa (A), mas de número atômico diferente. 
 
A
RZ → -1β
0
 + 
A
YZ + 1 
 
 Nessa radiação, um nêutron se decompõe no núcleo atômico originando um 
próton que permanece no núcleo, então é liberado um elétron e uma subpartícula que 
compõe o átomo, chamada antineutrino (partículas menores que o átomo) que são 
emitidos. 
 
 0n1 → +1P0 + e- + 
0
V0 
 Neutro antineutrino 
 
Por exemplo: Quando o núcleo de 
14
C6 emite radiações β ele se transforma em 
14
N7. 
 
14
C6 → -1β
0
 + 
14
N7 
 
 
Exercícios 9.7 – O elemento netúnio (237Np93), após emissão de sete partículas alfa e 
quatro partículas beta, transforma-se em bismuto. Equacione a reação nuclear 
mencionada. 
Exercícios 9.8 – Faça uma pesquisa aqui na apostila, na internet e de preferência em 
artigos e indique a carga e a massa das radiações α, β, γ, p, n e pósitron (beta positiva). 
Exercícios 9.9 – Pesquise o que é transmutação e quais o seus tipos. 
 
 
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Capítulo 9. Química nuclear 
 
Exercícios 9.10 – Reescreva em seu caderno as reações nucleares reescrevendo as 
letras com suas respectivas correlações. 
I. 222Rn86 → 
218
Po84 + x 
II. 99Tc43 → 
99
Tc43 + y 
III. 32P15 → 
32
S16 + z 
IV. 10B5 + w → 
10
Be4 + 
1
H1 
V. 121Sb53 + a → 
121
Te52 + n 
 
9.5 – Tempo de meia vida 
 Essa ultima parte da matéria tenho muito pouco a falar dela e os exercícios 
somente na prática iremos ficar bom neles. Bem quando falamos de meia vida estamos 
falando o tempo necessário para que o material radioativo se desintegre pela metade. 
 
 
Esse gráfico acima, por exemplo, nos demonstra a amostra se desintegrando e 
reduzindo pela metade. 
 
Exercícios 9.11 – (Fuvest – SP) – O radioisótopo 131I53 emite radiação β- e perde 
75% da sua atividade em 16 dias. 
a) Qual é o seu tempo de meia vida? 
b) Qual elemento é formado nessa desintegração? 
 
 
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Capítulo 9. Química nuclear 
 
- EXERCÍCIOS DE REVISÃO CAPÍTULO 9 (ATÉ AQUI MATÉRIA DA 
QUINTA PROVA) - 
(Não há resolução desses exercícios!!!) 
Exercícios R.1 – Assista o vídeo “Linha direta justiça – Césio 137” (Disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=5LIAF-mQZq8) para responder os itens abaixo: 
a) Por que houve tanta tragédia em Goiânia por causa do césio 137? 
b) Quando o material estava dentro do aparelho não havia perigo para os 
trabalhadores? Por que quando os funcionários de Devair abriu a peça o 
perigo começou? Era possível o uso de algum outro matéria para proteger a 
peça? 
c) Sabendo que o tempo de meia vida do césio 137 é de 30 anos quanto tempo 
300g dessa amostra vai demorar para se desintegrar pela metade? E 
totalmente? 
d) Quais são alguns dos sintomas causados como efeito da radiação no ser 
humano? Cite 3 deles comentado no vídeo. 
e) Qual o principal motivo de fazer com que Leide das Neves Ferreira fosse a mais 
afetada pelo Césio 137? 
Exercícios R.2 – O lixo radioativo ou nuclear é resultado da manipulação de materiais 
radioativos, utilizados hoje na agricultura, na indústria, na medicina, em pesquisas 
cientificas, na produção de energia e etc. Embora a radioatividade se reduza com o 
tempo, o processo de decaimento radioativo de alguns materiais pode levar milhões de 
anos. Por isso existe a necessidade de fazer um descarte adequado e controlado de 
resíduos dessa natureza. A taxa de decaimento radioativo é medida em termos de um 
tempo característico, chamado meia-vida, que é o tempo necessário para que uma 
amostra perca pela metade de sua radioatividade original. O gráfico seguinte 
representa a taxa de decaimento radioativo do Ra-226, elemento químico pertencente a 
família dos metais alcalinos terrosos e foi usado durante muito tempo na medicina em 
tratamento de câncer. 
 
(Ver gráfico na página 192) 
 
 
 
Página 191 
Capítulo 9. Química nuclear 
 
 
As informações contidas nesse gráfico nos garante quê: 
a) Quanto maior a meia vida de uma substância mais rápido ela desintegra. 
b) Apenas 1/8 da amostra de Ra-226 terá decaído em 4860 anos. 
c) Metade da quantidade original de Ra-226 ainda estará por decair ao final de 
3240 anos. 
d) Restara menos de 1% em qualquer uma dessas amostras ao final de 3 meias 
vida. 
e) A amostra de Ra-226 diminui pela metade a cada 1620 anos devido a 
desintegração radioativa. 
Exercícios R.3 – (FGV – 2004) – O Tc – 99, um radioisótopo muito utilizado para fins 
medicinais, apresenta meia vida bastante curta. Ele é produzido pelo Mo – 99 pela 
sequência de reações nucleares. 
 
Em que o núcleo Tc* representa um estado de energia maior que o fundamental. Com 
base nesses dados refaça as equações nucleares indicando que são X e Y. 
Exercícios R.4 – (ENEM – 2009) – Considere um equipamento capaz de emitir 
radiação eletromagnética com comprimento de onda bem menor que a radiação 
ultravioleta. Suponha que a radiação desse equipamento tenha sido apontada para um 
tipo especifico de filme fotográfico e entre o equipamento e o filme foi posicionado um 
pescoço de um individuo. Quanto mais exposto a radiação mais escuro se torna o filme 
após a revelação. Após acionar o equipamento e revelar o filme evidenciou a figura 
abaixo. 
 
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Capítulo 9. Química nuclear 
 
 
Dentre os fenômenos decorrentes da interação entre as radiações e os átomos dos 
indivíduos quem permite a obtenção dessa imagem inclui-se a: 
a) Absorção da radiação eletromagnética e a consequente ionização dos átomos 
de cálcio, que se transforma em átomos de fósforo. 
b) Maior absorção pelos átomos de cálcio que por outros tipos de átomos. 
c) Maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de carbono que por 
átomos de cálcio. 
d) Maior refração ao atravessar os átomos de carbono do que os de cálcio. 
e) Maior ionização de moléculas de água que por átomos de carbono. 
Exercícios R.5 – Qual ou quais efeitos poderia causar uma radiação com energia de 
3,0Kj? Em qual faixa do espectro de ondas ela estaria localizada? 
Exercícios R.6 – Qual o tamanho aproximado das radiações UV emitidas pelo sol? 
Exercícios R.7 – Pesquise e indique 3 lugares em que se faz o uso da química nuclear. 
Exercícios R.8 – Explique a diferença entre fissão nuclear e fusão nuclear. Dê um 
exemplo de cada da aplicação desses fenômenos na natureza. 
 
 
 
 
 
 
Página 193 
RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS – CAPÍTULO 9 – QUÍMICA 
NUCLEAR 
9.1) No espectro do micro ondas essas radiações são incididas em moléculas de água dos alimentos a 
que fazem girar em torno de si própria e essa energia cinética gera calor e esse calor é o responsável por 
esquentar a comida. O motivo do prato de farofa não esquentar é que como citado a radiação é incidida 
sobre as moléculas de água e farofa sendo um prato seco isso não é possível. 9.2) O espectro de onda do 
visível começa em 380nm e vai até 750nm. O espectro visível está contido em apenas 370nm. 9.3) UVC < 
UVB < UVA. 9.4) Sabemos que os metais possuem os elétrons da camada de valência livre, então se 
incidir essa radiação do micro ondas nesse metal os elétrons que vão se saltar pode gerar uma reação 
extremamente exotérmica. 9.5) Nas usinas nucleares acontece processos de fissão nucleares enquanto 
nas estrelas acontece o processo de fusão nuclear. 9.6) Como na fissão a energia liberada é maior que 
na fusãopode se dizer que o comprimento de onda da fissão é menor que o da fusão. 9.7) 
237
Np93 → 7 
+2α
4
 + 4 -1β
0
 + 
209
Bi83. Para determinar A basta igualar ele com o somatório de A nas radiações α e β. 
A = ΣAαβ = 237 = (7 x 4) + (4 x 0) + A = 237 = 28 + A = 209 
A mesma linha de raciocínio segue para determinação de Z. 
Z = ΣZαβ = 93 = (7 x 2) + (4 x (-1)) + Z = 93 = 14 – 4 + Z = 83 
9.8) Na sequência que foi pedida do exercício temos: (+2 e 4); (-1 e 0); (0 e 0); (+1 e 0); (1 e 0) e (+1 e 
0). 9.9) As transmutações são reações nucleares e elas podem ser do tipo natural ou artificial. 9.10) x = 
2α
4
; y = 0γ
0
 ; z = -1β
0
; w = 1n
0
 a 1p.
1
 9.11) 100% ----- 50% ------ 25% ou seja em 16 dias reduziu 75%, em 
outras palavras passou por duas meias vidas. a) Se chamarmos de P o tempo de meia vida teremos: 2P = 
16. Logo o tempo de meia vida desse elemento é de 8 dias. B) 
131
I53 → -1β
0
 + 131X
54