História da radioatividade:
Alguns elementos emitem graus de radioatividade, podendo
estes ser espontâneos ou artificiais, sendo na natureza as emissões espontâneas.
Em 1895 o físico Becquerel isolou sais de urânio junto de
placas fotográficas num local sem iluminação e após isso notou que a placa
havia sido impressionada, muito provavelmente por conta de algum tipo de
emissão vindo daquele sal de urânio.
Anos depois o estudo da radioatividade foi aprofundado com
base da descoberta de Becquerel pelo casal Curie, mais precisamente por Marie
Curie quem descobriu outros dois elementos muito mais radioativos que o urânio,
o Polônio (batizado por Marie em homenagem a sua terra natal, a Polônia) e o
Rádio.
No século XX o físico-químico Ernerst Rutherford realizou um
experimento que o fez reconhecer três tipos de emissões através de elementos
radioativos, os então chamados radiação alfa, radiação beta e radiação gama.
Veja como este experimento foi feito:
Rutherford colocou dentro de um bloco de chumbo uma amostra
radioativa, um minério de urânio. Neste bloco havia apenas um pequeno orifício
que permitia que a radiação fosse emitida para fora do bloco de chumbo em direção
a uma chapa reveladora que iria demarcar os pontos que essas emissões haviam percorrido
em sua trajetória.
As emissões radioativas do urânio tiverem suas trajetórias
desviadas por conta de placas carregadas eletricamente com pólos positivos e
negativos.
Ao observar o anteparo, Rutherford notou três feixes de luz
impressos na placa, demarcados pelas trajetórias das emissões radioativas.
Um dos feixes foi atraído para o pólo negativo, isto
indicaria de que este teria carga positiva, mais tarde chamada de radiação
alfa. O segundo feixe foi atraído pelo pólo positivo tendo então sua carga como
negativa, a denominada radiação beta, por fim, o terceiro feixe não sofreu
desvio em sua trajetória, não foi atraído nem pelo pólo positivo nem pelo
negativo, por tanto, sua carga era neutra, a chamada radiação gama.
Outro fato que o físico observou é que a radiação alfa se
deslocou muito pouco de sua origem até a direção do pólo negativo, o que o fez
concluir que aquela emissão teria massa por ter tido dificuldades em se
deslocar, logo, a radiação alfa é uma partícula.
Por outro lado, a radiação beta se deslocou bem mais em
comparação a radiação alfa, de sua origem até a direção do pólo positivo,
portanto a radiação beta era bem mais leve que a radiação alfa, e também
poderia ser considerada uma partícula por conter carga.
No caso da radiação gama, ela não se deslocou de sua origem,
mostrando assim que este tipo de emissão não seria uma partícula, mas sim uma
onda eletromagnética com potencial de energia bem alto.
Veja o esquema do experimento de Rutherford:
Níveis de penetração:
Para você ter uma ideia, em comparação ao nível de
penetração de cada uma das radiações, a radiação alfa tem baixo potencial de
penetração, podendo ser barrada por uma simples folha de papel, isto por conta de sua
massa. Por esta partícula ser mais pesada, ela possui mais dificuldades de penetrar a
matéria.
Já a radiação beta consegue penetrar a folha de papel, mas é
barrada por blocos de metais como o alumínio, por exemplo. Mas seu potencial de
penetração é superior ao da radiação alfa por conta de sua massa ser muito
menor em comparação a partícula alfa.
Mas a radiação com maior índice de penetração com certeza é
a radiação gama, que penetra sem problemas o papel, o alumínio e só é barrada
alguns centímetros dentro de blocos de chumbo, e isso ocorre porque as ondas
gama não possuem massa nem carga, veja o esquema:
O que é radioatividade:
A radioatividade é um fenômeno que ocorre em certos
elementos.
Na natureza este fenômeno ocorre espontaneamente, ou seja,
sem a interferência do homem.
Porém, podemos “forçar” este fenômeno ocorrer através da
radiação artificial.
Em termos da radiação espontânea, ela ocorre em elementos
que possuem seu núcleo atômico muito instável, ou seja, com uma grande
quantidade de energia concentrada.
Para “aliviar” esta grande quantidade de energia, alguns
elementos emitem a radioatividade para estabilizar seu núcleo.
Estas emissões podem ocorrer de quatro formas distintas:
Emissão alfa:
Quando o núcleo de um átomo está instável este átomo prefere
“expulsar” 4 partículas subatômicas de lá de dentro: Dois prótons e dois
nêutrons são emitidos deste núcleo, diminuindo assim a energia concentrada
presente no mesmo.
A emissão destas partículas subatômicas foi chamada de
radiação alfa (α).
A radiação alfa é uma partícula e tem como massa 4 u.a (pois
cada próton e cada nêutron possui 1 .a e como esta partícula é formada por 2
prótons e 2 nêutrons, sua massa fica como sendo 4 u.a.)
A partícula alfa também possui carga, sendo ela positiva por
conta da polaridade dos prótons, mais especificamente a radiação alfa tem carga
2+ por se tratar de dois prótons.
Podemos escrever a emissão da radiação alfa da seguinte maneira:
Sendo 4 a massa da partícula e 2+ sua carga.
A partícula alfa pode ser assimilada ao núcleo do gás Hélio, pois este gás possui em seu átomo exatamente 2 prótons e 2 nêutrons, e consequentemente massa 4 u.a. A diferença entre o átomo do Hélio e da partícula alfa é que o Hélio possui elétrons em sua eletrosfera e a partícula alfa, não.
Com isto, podemos dizer também que a emissão alfa é exatamente um íon de Hélio, ou seja, possui a mesma massa e prótons do mesmo, mas não possui elétrons, por isto esta partícula pode muita vezes ser escrita como: 
E por mais este motivo, as partículas alfa possuem alto grau de ionização, graças a sua carga.
Veja o processo de emissão da radiação alfa no núcleo de algum elemento
instável:
O elemento que emite radiação alfa irá perder 2 prótons e com consequência disto irá decair para outro elemento.
Pois é, nós sabemos diferenciar um carbono de um ouro, ou um oxigênio de um cloro porque cada um dos elementos possui números atômicos (quantidade de prótons no núcleo) distintos. Se um elemento ''X'' possuir por exemplo, 97 prótons e perder 2, agora ele terá 95 prótons em seu núcleo e será transmutado em outro elemento, o elemento ''Y''.
Isso ocorre com a massa do elemento também, pois se ele emite radiação alfa e perde 2 nêutrons e 2 prótons, ele estará decaindo sua massa em 4 u.a, ou seja, sua massa irá sofrer alteração também.
Em resumo, quando algum elemento emite a radiação alfa, ele perderá a cada emissão da mesma, 2 prótons, irá decair a outro elemento e perderá também 4 u.a.
Veja um exemplo de decaimento de um elemento através da emissão da radiação alfa:
Ou seja, um elemento genérico qualquer chamando de elemento "X" possui massa A e quantidade de prótons Z, ao emitir a radiação alfa, ele irá perder 2 prótons (2-Z) e irá se tornar o elemento "Y", perdendo também 4 u.a de massa (4-A).
Emissão beta:
Outro modo que o núcleo encontra para se estabilizar é fazendo com que um nêutron se transmute para um próton, ou seja, ao realizar esta transmutação o elemento ganha um próton e isto faz com que ele se torne outro elemento, já que seu número de prótons variou.
A massa do elemento não se altera pois o próton tem a mesma massa que o nêutron, então não importa se um nêutron vire próton, a massa vai continuar a mesma no elemento.
Ao realizar essa transmutação, o núcleo do átomo emite um elétron que é disparado para fora do mesmo com uma velocidade gigantesca, esta partícula que é um elétron vai ter então carga negativa (como todo elétron) e massa considerada zero por ser muito desprezível, ou seja, podemos escrever a emissão de radiação beta (β) da seguinte forma:
Sendo zero sua massa e -1 sua carga.
Veja o que ocorre com um elemento "L" ao emitir a radiação beta negativa:
O elemento "L" que tinha massa ''A'' e prótons "Z" emitiu a radiação beta, tornou-se o elemento "M" por ter ganho 1 próton durante a emissão (1+Z), mas sua massa não se altera (0-A = A).
Outro tipo de emissão beta, pode ser a radiação beta positiva, ou seja, ao invés do nêutron se transmutar para um próton, agora o próton que se tornará um nêutron, ou seja, a massa do elemento ainda não se altera, mas seu número atômico sim (pois este perdeu 1 próton que se tornou nêutron) com consequência disto, este elemento também sofre o decaimento e se transforma em outro elemento diferente.
Na transmutação de próton para nêutron, o núcleo emite um elétron porém agora com carga positiva, chamado de pósitron.
Então no caso de emissão de radiação beta positiva, o que é emitido pelo núcleo não é um elétron (carga negativa) mas sim um pósitron (carga positiva), veja:
O elemento "Q" tem massa "A" e prótons "Z", ao emitir a radiação beta+ torna-se o elemento "R", não tem sua massa alterada, mas perde um próton:
Emissão gama:
A radiação gama (γ) como já dito, não é uma partícula, mas sim uma onda eletromagnética com altas frequências e com poder de penetração elevado.
Como é uma onda, a radiação gama não possui carga muito menos massa, portanto pode ser escrita como:
Ao emitir os raios gama, os elementos não sofrem variações em seu número atômico, ou seja, eles não decaem e também não sofrem variações com relação a sua massa.
Normalmente um elemento ao emitir partículas alfa, pode emitir simultaneamente a radiação gama, ou quando ele emite as radiações beta- ou beta+, também pode emitir simultaneamente os raios gama.
A radiação gama é muito prejudicial a nossa saúde se formos exposto a ela com muita frequência, pois por conta de seu alto nível de penetração, ela pode penetrar em nossa pele, nossos músculos e chegar em nossos órgãos, alternando o funcionamento deles e modificando o comportamento de nossas células.
Decaimento dos elementos:
Você viu mais acima alguns exemplos genéricos do decaimento dos elementos, vamos ver aqui agora na prática com elementos existentes o que ocorre neste processo:
O urânio é um emissor de radiação alfa, quando ele emite este tipo de radiação ele sofre um decaimento e transmuta-se para o elemento "Y", qual elemento é este? Qual será a massa e a quantidade de prótons do mesmo?
Pois bem, como o urânio tem massa 238 e número atômico 92 (vide a tabela periódica) podemos escrevê-lo assim:
Então ele irá emitir a radiação alfa, ou seja:
E irá torna-se o elemento "Y":
O problema nos pede as informações sobre o novo elemento transmutado, sua massa e seu número atômico (sua identidade).
Pois bem, como o elemento que emite radiação alfa perde massa 4, então o elemento "Y" vai ter como massa (238-4), ou seja, 234 u.a:
E como esta emissão faz com que o elemento perca dois prótons, o elemento "Y" terá como número atômico: (92-2) ou seja, 90.
Verificando na tabela periódica, o elemento que corresponde ao número atômico 90 é o Tório (Th), ou seja, o urânio ao emitir uma radiação alfa irá decair ao isótopo de tório–234:
Vamos ver mais um exemplo?
Alguns elementos podem emitir radiações alfa e beta, mas não ao mesmo tempo, veja este exemplo de exercício:
(UFTM MG) O 83Bi212 sofre decaimento radioativo, resultando no 84Po212 ou 81Tl208. As radiações emitidas quando o bismuto – 212 decai para Po – 212 e Tl – 208 são, respectivamente,
a) alfa e beta.
b) alfa e gama.
c) beta e alfa.
d) beta e gama.
e) gama e alfa.
Ou seja, temos inicialmente o Bismuto (Bi) com seus 83 prótons e 212 u.a, ao sofrer o decaimento radioativo, ele irá se tornar o Polônio (Po–212) com 84 prótons e 212 de u.a... Prestando a atenção nesse decaimento, o Bismuto perdeu ou ganhou prótons? Ganhou, certo? Sendo que ele tinha 83 prótons e passou a ter agora 84, e veja que sua massa não alterou, logo, ele emitiu radiação beta negativa:
Daí o Po–212 sofreu outro decaimento radioativo e tornou-se o tálio (Tl – 208). Note que antes sua massa era 212 u.a e passou a ser 208 u.a, ou seja, houve variação na massa do elemento, logo, ele emitiu radiação alfa:
Então as radiações emitidas respectivamente são: Beta e Alfa, alternativa C:
a) alfa e beta.
b) alfa e gama.
c) beta e alfa.
d) beta e gama.
e) gama e alfa.
Outro fato que pode ocorrer nas emissões radioativas é que um elemento nem sempre irá emitir apenas uma unidade de determinada radiação, ele pode emitir a mesma radiação diversas vezes até decair ao máximo para outro elemento.
Pensando nisso, vamos resolver mais este exercício:
Cesgranrio: Após algumas desintegrações sucessivas, o Th–232 muito encontrado na orla
marítima de Guarapari (ES), se transforma no Pb–208. O número de partículas ‘α’
e ‘β’ emitidas nessa transformação
foi respectivamente de:
a) 6 e 4
b) 6 e 5
c) 5 e 6
d) 4 e 6
e) 3 e 3
Vamos então montar a nossa expressão com base dos dados fornecidos no problema:
Agora queremos encontrar quantas radiações alfa e beta foram emitidas nessa desintegração sucessiva.
Vamos chamar a quantidade de emissões alfa de ''x'' e emissões beta de ''y''.
Para encontrar esse valores, vamos utilizar as massas dos elementos e das radiações como referência para encontramos a quantidade de emissões alfa, esqueceremos inicialmente seus números atômicos.
Então apenas tomando como referência as unidades massa, teremos a seguinte equação:
232 = 4x + y0 + 208
Resolvendo a equação:
232 - 208 = 4x
24 = 4x
24/4 = x
x = 6
Então a quantidade de radiações alfa emitidas neste processo foram 6.
Para encontrar a quantidade de emissões beta, basta utilizar a quantidade de prótons como referência:
90 = 2x + (-y) + 82
Como descobrimos 'x'' basta substituir:
90 = 2*6 - y + 82
Resolvendo:
90 = 12 + 82 - y
90 = 94 - y
90 - 94 = -y
- 4 = - y
y = 4
Então a quantidade de emissões beta neste processo é 4, logo:
Ou seja, alternativa A:
a) 6 e 4
b) 6 e 5
c) 5 e 6
d) 4 e 6
e) 3 e 3
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