7.1 O Núcleo Atómico 7.2 Radioactividade Capítulo 7 Marie Curie (1867-1934) e Pierre Curie...
Transcript of 7.1 O Núcleo Atómico 7.2 Radioactividade Capítulo 7 Marie Curie (1867-1934) e Pierre Curie...
7.1 O Núcleo Atómico7.2 Radioactividade
Capítulo 7
Marie Curie (1867-1934) ePierre Curie (1859-1906)
7.1 O Núcleo Atómico
1911: Rutherford propôs a estrutura atómica com um núcleo massivo, ou seja, com uma carga positiva concentrada no centro do átomo
O Raio do núcleo é 10 mil vezes menor que o raio do átomo, mas contém mais de 99,9 % da massa deste átomo
1932 é o ano que marca o início da Física Nuclear Moderna
Em 1932 James Chadwick (1891-1974) físico britânico e colaborador de Rutherford provou a existência do neutrão. Por esta descoberta, foi-lhe atribuído o Prémio Nobel de Física (1935).
Ficou claro que essa partícula era óptima para explorar o interior do núcleo
Descoberta do Neutrão
Neutrões
Características Gerais do Núcleo
Representação do núcleo
O núcleo atómico é composto de dois tipos
de partículas chamadas nucleões que são os:
Protões - carga eléctrica positiva
Neutrões - sem carga eléctrica
Z - número atómico Z é igual ao número de protões do núcleo
N - número de neutrões do núcleo
A - número de massa é igual ao número de nucleões: A = N + Z
Cada espécie nuclear com um dado Z e A é chamado de nuclídeo
Protões
Neutrões
A única excepção é o núcleo do H que só tem um protão
X - símbolo do elemento químicoXAZ
• Isômeros - núcleos num estado excitado com um tempo de decaimento longo (estado isomérico) - núcleo não estável
• Isóbaros - núcleos associados a elementos diferentes da tabela periódica mas com iguais números de massa, A
Exemplo: núcleos de berílio (Z = 4, N = 6, A=10), boro (Z = 5, N = 5, A=10) e carbono (Z = 6, N = 4, A=10 ) são núcleos isóbaros
• Isótonos - núcleos associados a elementos diferentes da tabela periódica mas com mesmo número de neutrões (mesmo N)
• Isótopos: núcleos associados ao mesmo elemento da tabela periódica (mesmo Z)
Exemplo: Hidrogénio (Z=1), temos isótopos com N=0 (A=1), N=1 (deutério) (A=2) e N=2 (trítio) (A=3)
Hidrogénio Deutério Trítio
A massa nuclear é expressa em unidades de massa atômica - u
1 u = =1.66054 × 10−27 kg = 931.49 MeV/c2
Corresponde a 1/12 massa de um átomo de carbono 12
Consideramos o núcleo como sendo aproximadamente uma esfera de raio R
R ~r0A1/3 onde r0 ≈ 1.2 × 10−15 m
Usamos a unidade fentometro (ou fermi) 1 fm = 10−15 m
ArRV 30
3
3
4
3
4 Volume do núcleo
Tamanho e Forma dos Núcleos
As formas de alguns núcleos afastam-se significativamente da forma esférica e devem ser consideradas elipsoidais ou, mesmo, com a forma de uma pêra
Lítio
V ~ A sugere que todos os núcleos têm aproximadamente a mesma densidade
A carta de nuclídeos apresenta os núcleos estáveis e radioactivos
A interacção forte é a força que mantém a coesão dos protões e neutrões no núcleo atómico
A linha de estabilidade representa os nuclídeos estáveis
• Para A ≤ 40, Z ≈ N
• Se A ≥ 40 (núcleos pesados, N > Z , porque força nuclear não depende do tipo de partícula que interage, se são protões (p) ou neutrões (n): nn, np, ou pp.
Estabilidade Nuclear
São mais estáveis:
Protões se repelem entre si para distâncias > 1 fm
A distribuição de energia do núcleo tem uma estrutura de camadas similar à do átomo
As camadas ficam completas de acordo com os números mágicos
Z ou N = 2, 8, 20 28, 50, 82, 126
Exemplos:
Spin Nuclear e Momento Magnético
1II
O núcleo possui um momento angular intrínseco resultante dos spins individuais dos protões e dos neutrões
I - número quântico chamado de spin nuclear
I - pode ser inteiro ou semi-inteiro
O Momento Angular do núcleo está associado ao Momento Magnético Nuclear
eV/T 1015.32
8p
N m
e
Energia de Ligação
A massa do núcleo é sempre menor do que a soma das massas dos seus nucleões
MH – massa atómica do hidrogénio
MN – massa atómica do neutrão
A energia de ligação é a energia que precisa ser adicionada a um núcleo para decompô-lo em suas componentes
c – a velocidade da luz no vácuo
2NH X cMNMZMB A
Z
XAZ – massa atómica do elemento
7.2 Radioactividade
1896, marcou o nascimento da Física Nuclear, quando Henry Becquerel descobriu a emissão de radiação por compostos de urânio
Rutherford mostrou que a radiação era de três tipos: partículas alfa, partículas beta e raios gama
Podemos ter também emissão de protões, neutrões
- positrão
- electrão
Marie Curie e Pierre Curie descobriram o polonium and o radium em 1898
Alfa, Beta e Gama têm poderes de penetração diferentes
papel metal concreto
Decaimento Radioactivo
Ndt
dN
O número de núcleos radioactivos que decaem, por unidade de tempo (taxa de variação de N )
N – número de núcleos radioactivos
é a constante de desintegração
O sinal negativo indica que o número total de núcleos diminui com o tempo
teNN 0
N - número de núcleos radioactivos remanescentes após um tempo t
No - número de núcleos radioactivos na amostra num tempo t = 0
Lei do decaimento radioactivo
Actividade (ou taxa de decaimento)
teAA 0onde NA 00 NA
ee
Unidades da actividade radioactiva1 becquerel = 1 Bq = 1 desintegração/s
1 curie = 1 Ci = 3,7 x 1010 desintegrações/s
É o tempo necessário para que N ou A se desintegre a metade dos seus valores iniciais
693.02ln
2/1 T
Meia-vida
N0
Datação com carbono - 14
• O 14C radioactivo é produzido na atmosfera da terra pelo bombardeamento de 14N por neutrões produzidos pelos raios cósmicos
• Quando organismos morrem, a absorção de 14C, na forma de CO2, por plantas e animais, cessa, e a razão 14C / 12C (= R) diminui com o decaimento do 14C
• A taxa de 14C / 12C para organismos vivos é da ordem de 1012 - a mesma proporção encontrada na atmosfera
• A meia-vida do 14C é de 5730 anos
• Como taxa de 14C / 12C diminui depois que o organismo morre, compara-se esta taxa com a do organismo vivo e sabendo-se a meia-vida, pode-se determinar a idade do material.