ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo Yoshinagahttp://groups-beta.google.com/group/digitalsourceRicardoATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaFeltre Setsuo YoshinagaATOMSTICAATOMSTICAVolume 2 Teoria e ExercciosATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaSO PAULOBRASIL ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaFICHA CATALOGRFICA[Preparada pelo Centro de Catalogao-na-fonte,Cmara Brasileira do Livro, SP] Feltre, Ricardo, 1928-F374aAtomstica: teoria e exerccios |por| Ricardo Feltre|e| SetsuoYoshinaga.SoPaulo, Ed. Moderna,1974.477p. ilust.1.tomos 2. Molculas I. Yoshinaga, Setsuo,1937- II. Ttulo.CDD-539-541.22774-0086-541.24ndices para o catlogo sistemtico:1. Estrutura atmica: Qumica terica 541.242. Estrutura molecular: Qumica 541.223. Fsica moderna: Cincias puras 5394. Qumica molecular 541.22 proibida a reproduo total ou parcial deste livro, sob as penas da lei.ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo Yoshinaga NDICENDICEPREFCIOABREVIAESADOTADAS,PELOS AUTORES, PARAOSNOMES DAS ESCOLAS SUPERIORESMEDICINA-USP (at1964) -FaculdadedeMedicinadaUniversidade deSoPaulo.CESCEM-CentrodeSeleodeCandidatosaEscolasMdicaseBiolgicasdaFundaoCarlosChagas.EPUSPouPOLI-EscolaPolitcnicadaUniversidadedeSoPaulo.ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo Yoshinaga NDICENDICEITA-InstitutoTecnolgicodeAeronutica.FFCLUSP-FaculdadedeFilosofa,CinciaseLetrasdaUniversidade deSoPaulo.EEMACKENZIE-EscoladeEngenhariadaUniversidade Mackenzie.FEI-FaculdadedeEngenhariaIndustrialdaPontifciaUniversidadeCatlicadeSoPaulo.EESCARLOS-EscoladeEngenhariadeSoCarlos daUniversidadede SoPaulo.EEMAU-EscoladeEngenharia Mau.MEDICINA-SantaCasa-FaculdadedeMedicinadaSantaCasa deMisericrdiadeSoPaulo.FEFARMANDOALVARESPENTEADO-FaculdadedeEngenharia daFundao ArmandoAlvaresPenteado.ESQOSWALDOCRUZ-EscolaSuperiordeQumicaOswaldoCruz.ENE-EscolaNacionaldeEngenharia (Guanabara).MEDICINA-GB-VestibularesUnifcados `asEscolas de Medicina(GuanabaraeRiodeJaneiro).ENGENHARIA-GB-VestibularesUnifcadossEscolas de Engenharia(GuanabaraeRiodeJaneiro) CAPTULO 1 - introduo atomsticaONDASELETROMAGNTICAS ....................................................15Oqueondaeletromagntica.........................................15ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo Yoshinaga NDICENDICETiposdeondaseletromagnticas.......................................21Propagaodasondaseletromagnticas............................23DESCARGASELTRICASNOSGASESALTAPRESSO.........25DESCARGASELTRICASNOSGASES BAIXAPRESSO.......26Explicaodofenmeno ....................................................27 Aionizaoinicial.............................................................28Lmpadafuorescente .........................................................28DESCARGASELTRICASNOALTOVCU0 ...............................31RAIOSANDICOS-AMPOLADEGOLDSTEIN .........................33ESPECTRGRAFODEMASSA ....................................................35ISTOPOS-ISBAROS-ISTONOS ........................................37RAIOS"X" .....................................................................................40EXERCCIOSETESTES ..............................................................43 ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaCAPTULO 2 radiatividadeDESCOBERTADARADIATIVIDADE..............................................47NATUREZADASEMISSES ........................................................50LEISDARADIATIVIDADE...........................................................53CINTICADASEMISSES ..........................................................59Velocidadeinstantneadedesintegrao ..........................60Constanteradiativa ............................................................61Vidamdia .........................................................................62Perododesemi-desintegraooumeiavida....................65Relaoentrevidamdiaeperododesemi-desintegrao ........................................................69 FAMLIASRADIATIVASOUSRIESRADIATIVAS .......................72REAESDE- TRANSMUTAO ..................................................77FISSONUCLEAR.......................................................................85 FUSONUCLEAR .........................................................................99 ELEMENTOSARTIFICIAIS ............................................................102 Carbono14.........................................................................102Idoradiativo .....................................................................103Cobalto60.........................................................................104 EXERCCIOSETESTES.............................................................106 CAPTULO 3 - estrutura do tomoO TOMODEDALTON ................................................................121OMODELODERUTHERFORD-BOHR ....................................123 Contradio`ateoriadeRutherford .................................126AteoriadeBohr................................................................126Distribuioeletrnica.......................................................135Oselementosdetransio...............................................137AEVOLUODATEORIADERUTHERFORD-BOHR.............138ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaPRINCPIODAEXCLUSODEPAULI .........................................143ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaAMECNICAONDULATRIA.......................................................144NVEIS,SUBNVEISEORBITAIS.................................................147REPRESENTAOGRFICAEREGRADEHUND ....................156MEMORIZAOATRAVSDOESTUDOCOMPARATIVO.............161HIBRIDAO .................................................................................166EXERCCIOSETESTES.............................................................176 CAPTULO 4 - ligaes qumicasLIGAOELETROVALENTE........................................................192 Estruturadocloretodesdio ...........................................198Estruturadoscristaisinicos..........................................200 Estruturaeletrnicadosons ...........................................201LIGAOCOVALENTE ..................................................................202TeoriadeHeitler-London ...............................................203Orientaodasligaescovalentesnoespao..................208Covalnciacoordenada........................................................210Principaiselementosenmerodeeltronsnacamadaexterna ............................................................213Contagemdoseltronsnacamada,externa.....................214Estruturadehidretosmoleculares ....................................215Estruturadosxidosmoleculares.....................................217Estruturadecidosoxigenados ........................................220Estruturadossais..............................................................223Ligao(pi.......................................................................227Hibridaesparciais ...........................................................233Hibridaesespeciais .........................................................239LIGAOPOLAREMOLCULAPOLAR .....................................244Eletronegatividade ...............................................................244Ligaopolar.....................................................................245 Momentopolar....................................................................247ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaMolculapolar...................................................................249Constantedieltrica ............................................................251Pontedehidrognio............................................................253LigaodeVanderWaals...............................................257Fusoedissoluodeumsal........................................263ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaESTRUTURASDASMOLCULAS................................................268tomosqueobedecemregradoocteto .........................268tomosquenoobedecemregradoocteto..................275Estruturasmacromoleculares .............................................278PARAMAGNETISMO .......................................................................281RESSONNCIA...............................................................................284LIGAOMETLICA......................................................................290Teoriada"nuvemeletrnica"ou"gseletrnico" ...................................................................291Teoriadasfaixaseletrnicasoubandaseletrnicas...............................................................293 Retifcadordecorrente .......................................................302Transistores .........................................................................303Clulafotoeltrica..............................................................305CRISTAISMETLICOS.................................................................306Sistemacbicodecorpocentrado ...................................306Sistemacbicode face centrada.....................................308Sistemahexagonalcompacto .............................................309EXERCCIOSETESTES ..............................................................311 CAPTULO 5 - classifcao peridica dos elementosHISTRICO....................................................................................333AMODERNACLASSIFICAOPERIDICA..................................337ASESTRUTURASELETRNICASDOSELEMENTOS .................341PROPRIEDADESPERIDICASEAPERIDICAS .........................348Densidade ...........................................................................348Volumeatmico...................................................................349Pontosdefuso..................................................................351Raios:atmico,covalente,inicoedeVanderWaals....................................................................352 ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaPOTENCIALDEIONIZAO ........................................................356Defniodeeltron-volt.....................................................356Defniodepotencialdeionizao...................................357 Variaodospotenciaisdeionizao................................ 358 ELETRONEGATIVIDADE.................................................................360ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaPROPRIEDADESQUMICAS..........................................................368Naturezadasligaes ........................................................368Hidretos...............................................................................370xidos..................................................................................370EXERCCIOSETESTES...............................................................372 CAPTULO 6 - xido-reduoCONCEITOSDEOXIDAOEREDUO...................................389OXIDANTESEREDUTORES.........................................................392NMERODEOXIDAO..............................................................394 Nmerodeoxidaodeons.............................................396 Nmerodeoxidaodetomosnasmolculas................397AJUSTAMENTODECOEFICIENTESPELOMTODODEXIDO-REDUAO...................................................................409 xido-reduo com3elementos ...................................... 416Presenadaguaoxigenada .............................................419 Equaesinicas ................................................................421MONTAGEMDEEQUAESDEXIDO-REDUO ..................423 EXERCCIOSETESTES...............................................................427 CAPTULO7 - conceitos modernos de cidos e basesCONCEITOSDELOWRY-BRONSTED.......................................439Defnies.............................................................................439cidosebasesconjugadas.................................................441TEORIADELEWIS.......................................................................445FORASDECIDOSEBASES...................................................447Defniesecomparaes...................................................447 ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaFatoresinfuentes ...............................................................451Efeitosdeinduo..............................................................452 Carterbsicodasaminas................................................454 EXERCCIOSETESTES...............................................................456 RESPOSTASDOSEXERCCIOSETESTES.................................469 ATOMSTICARicardo FeltreSetsuo Yoshinagaorbitais atmicosATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaATOMSTICARicardo FeltreSetsuo YoshinagaAA ONDAS ONDAS ELETROMAGNTICASELETROMAGNTICASATOMSTICARicardo FeltreSetsuo Yoshinaga________________________O queondaeletromagntica?____________________Em primeirolugarvamosrecordaroconceitofsicode onda.Imagineaondanomar.Umbarrilfutuanomarondeaonda"nosequebra".A ondacaminha numadireo, mas o barril no deslizasobre a superfcie,o que prova que a gua do mar no se deslocano sentido daonda.O movimento que a onda vai causar apenas defazer "subir e descer" o barril. Ento, pode-se afrmar quea onda possui energia para suspender o barril. Este"sobe" ao receber energia e depois devolve a mesmaenergia ao mar quando"desce".Nos desenhos ao lado est uma seqncia dosmovimentosdo barril.Ento: Onda propagaodeENERGIA.Imagine agora um lago e os abalos (ondas causadas pela sucessiva queda de"pedras" no centro dolago).Suponhamosquecaem pe-drasdemodoperidico,vamosdizerde10em10segundos.Formam-se crculos concntricos equidistantes que se propagamnasuperfcie da gua. Aquela parte "saliente" na superfcie da gua ser chamada de"avista" da onda. 0 que vemos no seno um conjunto de "cristas" concntricaspropagando-se na gua a partir dopontodequedadapedra.A distncia entre duas cristas consecutivas corresponde ao comprimento deonda X (lmbda) que,no exemplo acima, a mesma,qualquer quesejao"pardeondas".Vejamosasondasnumasecodeperfl.Chamemos de "T" (perodo) ao tempo gasto para carem duas pedrasconsecutivas, que igual ao tempo para passarem duas ondas consecutivas nummesmo ponto. Ento X ser a distncia percorrida pela ondanotempo"T".Sabendo-seque:espaopercorrido =velocidade x tempo = v . TDizemos ainda que os pontos "A" e "B" da superfcie so pontos emconcordncia de fase, ou seja ,pontos que executammovimentos anlogossimultaneamente.Ento:_____________________________________________________________________Comprimento de onda () a menor distncia entre dois pontos atingidospelas ondas e que se acham em concordncia defase._____________________________________________________________________introduo atomstica -1Imagine agora uma rolha que se encontre futuando na superfcie do lago.Ocorrero oscilaes na cortia medida que as ondas, passam.Vamos anotar o nmero de oscilaes provocadas pelas ondas na unidade detempo. Marquemos um minuto como unidade de tempo.

Ora, se cai no lago uma pedra de 10 em 10 segundos,teremos 6 pedrase,portanto, 6 oscilaes para a rolha num minuto. Este nmerodeoscilaeschamadode freqncia das ondas._____________________________________________________________________Freqncia(f)onmerodeoscilaesproduzidas pelasondas,naunidadedetempo._____________________________________________________________________Nocasoanteriortemos:f =6 ciclos/minutoPodemosrelacionaroperodo(T) comafreqncia (f).Vimosque:PERODO (T): o tempo gasto para carem duas pedras consecutivas, ou seja,o tempo para repetir uma oscilao idntica num mesmo ponto atingidopelas ondas.FREQNCIA (f): o nmero de oscilaes produzidas pelas ondas, naunidade de tempo.Ouseja,o perodo o inverso dafreqncia. Voltandofrmuladepropagaodeondastemos:substituindoDa se conclui que, quanto maior o (X), menor ser a (f) das oscilaes,j quea velocidade de propagao constante em determinado meio.Poderamosfazeraseguintecomparao:Uma rolha "dana" na gua (subindo e descendo) ao "ritmo" das pedras quecaem. Quanto mais depressa as pedras caem, mais depressa, "com maior freqncia"oscila a rolha. Mas, ento, formam-se ondas sucessivas umas muito prximas dasoutras e diremos que "diminuiu o comprimento de onda" (menor distncia entre 2cristas consecutivas) .Vamos supor agora que a gua do lago ou a gua do mar se tornasse"invisvel". Iramos, ento, ver os objetos (barril, rolha, etc) futuandonoespaoenonumasuperfcievisvel.Alm disso, se nessa misteriosa "gua invisvel" houvesse propagao dealguma onda, Iramos ver os objetos oscilando. Poderamos at "imaginar" os tipos deonda que estariam se propagando nessa "misteriosagua".Pois bem, existem formas de energia que se propagam em forma deondasinvisveis.Seja um recipiente contendo gua. Na superfcie futua uma rolha com umprego. Do lado de fora fazemos oscilar um im bastante forte.A rolha tambm ir oscilar com a mesma freqncia do Im. que quando oIm oscila, ele produz ondas invisveis no espao capazes de atravessarem o vidro efazer oscilar o prego. Estas ondas so denominadas "ondas magnticas" e asrepresentamos por um conjunto de setas chamadas vetores "campo magntico" (H).introduo atomstica-1Outrotipode"ondainvisvel"aquela produzida porcargas eltricas.Imagine um pndulo de fo de seda que possui uma esfera carregada eltricamente (vamos supor com carganegativa).Balanando-se diante da esfera um basto carregado positivamente, a esferatentar acompanhar o movimentodobasto.porque o basto,em oscilao,emiteondasinvisveisconstitudasde"ondas eltricas"representadasporvetoresdenominadosde "campos eltricos"(E).Na prtica constata-se que, quando surge uma "onda eltrica", ela acompanhada de "onda magntica" e vice-versa. Dizemos, ento, que se trata de "ondaeletromagntica". Experimentalmente, sabe-se que o "plano dos campos eltricos sempre perpendicular ao plano doscamposmagnticos".Arepresentaoilustrativadaondaeletromagnticaseria:____________________________________________________________________________A onda eletromagntica uma forma de energia constituda de camposeltricos e campos magnticos, em planos perpendiculares entre si, capazes depropagar-senoespao.____________________________________________________________________________As ondas eletromagnticas propagam-se em diversos meios e, no vcuo avelocidade de propagao de 300.000 km/seg, ou seja, 7,5 voltas em redor da Terranumsegundo.Graas s ondas eletromagnticas podemos captar emissoras de rdio,televiso, radar,etc.Apenas para termos uma idia ilustrativa de onda eletromagntica, imagineuma estao transmissoraderdio.introduo atomstica -1___________________________________________Tiposdeondas eletromagnticas ___________________________________________As ondas eletromagnticas apresentam os comprimentos de onda numa vastagama de variao e, para cada faixa de variao, a onda eletromagntica recebe umnome especfco. Vejamos os principais nomes.Os raios csmicos so constatados em qualquer parte do Universo, sendoconstitudos de partculas subatmicas de altssima velocidadee "ondaseletromagnticas de X curtssimo".Em seguida temos os raios gama, observados nos fenmenos quando se "tocaou modifca a estrutura nuclear dos tomos". o caso de fenmenos radiativos eexploses atmicas que veremos adiante,ondesoproduzidasemissesde"raiosgama".Os raios-X so ondas eletromagnticas que surgem nas "colises deeltronscontraanteparos duros".As ondas eletromagnticas, nas faixas ultra-violeta, luz visvel e infra-vermelho, correspondem s "energias libertadas" pelos "saltos de eltrons dentrodo tomo".Os raios infra-vermelhos so conhecidos popularmente como "calordeirradiao .As ondas eletromagnticas de comprimento maior surgem quando eltronsnum condutorsofrem "impulsos". o caso das ondas hertzianas libertadas duma torre de transmisso. L,oseltrons sofrem "impulsos" e libertam ondas eletromagnticas.As ondas de F.M. (freqncia modulada) e de televiso possuem somentealguns metros.Exemplos:oCANAL9daT.V. tem =1,5metros oF.M.da EldoradotemA=3metrosAsondasderdioestonumafaixadeAmaior e temos 3 classes:A) ondascurtas10--------- 200metros.B) ondasmdias200 --------- 600metros.C) ondaslongas600 --------- 1000metros.Foi o cientista Hertz quem descobriu a existncia de ondas eletromagnticas.Em sua homenagem, a unidade de freqncia denominadade "hertz".__________________________________________________________________________1ciclo/segundo=1hertz1000ciclos/segundo=1khz(ki1ohertz)1milhociclos/segundo =1Mhz(megahertz)__________________________________________________________________________Pode-se ento caracterizar uma onda eletromagntica, exprimindooseucomprimentodeonda"A"ouento,asuafreqncia(f).Lembre-sedarelao:Quando nada se fala da velocidade de uma onda eletromagntica,subentende-se que a velocidade de 300.000 km/seg (no vcuo = no ar) .EXERCCIOS(1)Vocestsintonizandoumaemissoraque opera numa frequnciade1.000Khz.Qualocomprimentodeondadessasemisses?RESPOSTA: soondasde300metros.introduo atomstica-1(2) UmaemissoradeT.V. utiliza-sedeondasde =2metros, Qualafreqnciadessaemissora?(3)Sejaumrdiodeumafaixa:Vocestsintonizandoumaestaoquandonodialtemosaposioacimaindicada.Seurdioumreceptordeondas:a) mdiasb) curtasc) longasd) F.M.__________________________________________________________________________propagao dasondas eletromagnticas__________________________________________________________________________As ondas eletromagnticas propagam-se em linha reta num meio homogneo.Ao penetrar noutro meio, pode ocorrer uma mudana de direo quesedenominarefrao.Pode mesmoocorrerrefexodasondaseletromagnticas.Se voc mora num local vizinho a prdios altos, ou onde passam avies, asondas de T.V. sero refetidas por esses obstculos, provocando distrbios no seureceptor. (Fantasmas pelo prdio e ondulaesdaimagem peloavio).Uma torre de emisso, de T.V. ou de rdio, geralmente emite ondas em todasas direes, ou seja, ondas tridimensionais, formando se frentes esfricas de ondas.(Lembre-se que, na gua, a onda causada pela queda da pedra tinha propagaobidimensional e tnhamos frentes deondacirculares).Outro detalhe muito importante saber o aspecto energtico das ondaseletromagnticas. Elas so emitidas de modo intermitente emformadeconjuntosdeondas, querecebemonomede "ftons".Resumindo: As ondas eletromagnticas so emitidas de modo descontinuo,em forma de quantidades bem discretas, denominadas de "fotons?Aenergiadoftondependedoseucomprimentodeonda(A).Quanto maior o "X", menor ser a energia. Podemos dizer, ento, que aenergia do fton diretamente proporcional freqncia da ondaeletromagntica,jque:Essa energia varivel de cada fton denominada de "quantum" (no plural"quanta"). Segundo o cientista Planck o quantum (q) cor respondea:_____________q=h . f_____________q=aenergiadoftonh=constantedePlanck=6,62x1O-27ergxsegf=freqnciadaondaeletromagnticaPortanto, cada fton possui uma quantidade defnida de energia. Assim,quanto mais ftons num feixe de luz, mais intensa ser aenergia.EXERCCIOS(4) Qualaenergiadoftonconstituinteda luzvioletade 4000?(5) Qualaenergiadoftonconstituintedosraios-X de =1 ?introduo atomstica -1BB

DDESCARGASESCARGAS ELTRICASELTRICAS NOSNOS GASESGASES ALTAALTA PRESSOPRESSOSo os gases: bons, regulares ou pssimos condutores de eletricidade?Arespostaseria: "depende dapresso dogs".Estudemos, ento, os 3 casos principais: alta presso, baixapressoenoaltovcuo.De modo geral, os gases presso elevada (acima de 1 atm) comportam-secomo isolantes, isto , oferecem grande difculdade a passagemdeeltrons.Veja,por exemplo,os fos de luz nos postes que, s vezes esto descobertos, emcontato com ar atmosfrico (mistura gasosa) sem que ocorradescarga. necessrio grande diferena de potencial (AV) entre os plos e ainda umapequena distncia entre esses fos para ocorrer uma descargaaltapresso.Exemplo: Vela de motor exploso que utiliza alguns milhares devoltsparaproduziracentelha.Quanto maior a distancia entre os eletrodos,exigem-se maiores tenses.. C DESCARGAS ELTRICAS DESCARGAS ELTRICAS NOS GASES A BAIXA PRESSONOS GASES A BAIXA PRESSOEssestiposdedescargassorealizadasemtubosde GeisslerUm tubo de Geissler constitudo de uma ampola de vidro possuindo 2eletrodos. No interior da ampola pode-se colocar um gs qualquerauma pressode1a30mmHg.Umdoseletrodosligado aopolo negativo eserchamadode"CTODO". Outroqueligadoaopolo positivochamado de "NODO".Adiferenadepotencial, necessriapara a descarga, dependedocomprimentodotuboedapressointerna.Paraumtubode40cm e pressode 3 mm Hg, pode-se usar uma tenso de 60 volts, quando no seu interior temos"vapordemercrio".Durante a descarga aparecer uma boa luminosidade em toda regio entre o"ctodo" e o "nodo" A cor da luz emitida depende da natureza do gs, da pressointerna e da tensoutilizada.Descargas deste tipo soutilizadas em annciosintroduo atomstica-1luminososetambm naslmpadasfuorescentes.Uma particularidade dessas lmpadas que para iniciar a descarga exige-seuma tenso elevada,a fm de provocar a ionizao inicialdasmolculasgasosas.___________________________________A)EXPLICAODOFENMENOVimos no LIVRO I que as molculas so formadas de tomos. Os tomos soconstitudos de ncleos e eltrons. Quando o tubo de Geissler submetido adeterminada tenso, d-se a descarga,porque o "CTODO". emiteeltrons.Na prtica o ctodo um flamento incandescente, pois a elevadatemperaturafacilitaa emissodeeltrons.Oseltronsaceleradoscolidemcomasmolculasdogsprovocandoionizaes.Osonsdirigem-separa o"CTODO"(-) enquantoque oseltronsvoparao "NODO" (+).Dentrodotuboexistemduasespciesdepartculasem movimento:- eltronsnosentidoctodo nodo- onsnosentidonodo ctodoNa realidade, alm" das colises eltron x molcula, ainda ocorrem, em menornmero, colises demolcula que tambm produzem maisionizaes.Os ons chegam at o ctodo, regenerando assim o eltron e voltando a sermolcula neutra. Mas, uma nova coliso imediatamente provocarnovaionizao.Nessas colises, uma parcela de energia emitida em forma de ondaseletromagnticasquepodemservisveisouinvisveis.Utilizando-se gases diferentes, ou presses variadas, podem-se obter os maisdeslumbrantes coloridos que enfeitam as avenidas na formadeannciosluminosos._________________________________B)AIONIZAOINICIALUm tubo de Geissler de um metro de comprimento, contendo vapor demercrio como gs residual, trabalha numa tenso de 100 volts aproximadamente.Mas, parahaverdescarganessas condies necessrioquej existaconsidervelnmerodeonsnogs.Comopoderemosobteressaelevadaionizao?- Os raios csmicos que "chovem" em qualquer parte e, portanto, no local deexperincia causam uma pequena ionizao do gs, masissoinsufcienteparasedaradescarga. -Umjatodeeltrons,quelanadopelactodo, querealmenteiniciaadescarga.A emisso inicial de eltrons exige condies especiais: "ctodo incandescentee elevada tenso instantnea" de alguns milharesdevolts.Na prtica, como veremos adiante, o ctodo um flamento incandescente(como o das lmpadas comuns) e a elevada tenso inicial conseguidacomumdispositivochamado"reator".Uma vez iniciada a descarga, a tenso pode baixar sem prejudi caracontinuidadedadescargaeltrica._______________________________________C)LMPADAFLUORESCENTEumtubodeGeisslercomalgumasadaptaes.introduo atomstica -1A parte interna do vidro revestida com uma tinta fuorescente. Essa tintaemite luz visvel quando excitada por raios ultra-violeta. Como a lmpada trabalha com corrente alternada, qualquer dos plos um"nodo-ctodo". Possui um flamento de tungstnio para facilitar a sada de eltronsquandoaquecido.EsquemadalmpadanoinciodadescargaNocircuitoexisteum"REATOR" eum"STARTER".Oreatordestina-seaproduzirumaalta-tensoinicial e a manterumatensoadequadaparaadescarga.Ostarterumachaveautomtica . Ele fecha o circuito no incio a logoemseguidase abre interrompendoocircuito, ondeelefoicolocado.Paraumalmpadade20Wattstemoso seguinteesquema:Inicialmente a corrente atravessa: reator, flamento, starter e outro flamento.Os flamentos tornam-se incandescentes , facilitando a emisso de eltrons. Ento,desliga-se automaticamente o"S" (starter). Essa abertura do circuito provoca "altatenso" entre os flamentos,porque o reator est no circuito. ( preciso noes decorrente alternada para entender minuciosamente o aparecimento da alta tenso). Aalta tenso instantnea provoca a ionizao inicial que iniciar a descarga eltrica notubo. Dai por diante, o circuitoquepossuiostarterfcarabertoesemefeito.Pode-se mesmosubstituiro"S"por uma chave eltrica,queinicialmente fechadae, apsalgunssegundos, abertadandoincioadescarga. por este motivo que, quando ligamos o interruptor de uma lmpadafuorescente, ainda leva alguns segundos para ocorrer a descarga.Esse tempo necessrio para aquecer o flamento e esperar o "desliga" dostarter,que realizado automaticamente aps determinadotemponocircuito.A alta tenso inicial capaz de "succionar" alguns eltrons dasmolculasvizinhasaonodo.Durante a descarga da lmpada, o gs (vapor de mercrio) emite maisintensamente luz ultra-violeta acompanhada de pequena quantidade de luz violeta. Aluz ultra-violeta (invisvel) excita a tinta fuorescente e esta emitira ento, a luz visvel.Dai o nome de lmpadafuorescente.CONCLUSO:____________________________________________________________________________Admitindo-se que os tomos possuem eltrons pode-se justifcar porqueocorrem descargasemtubosdeGeissler.____________________________________________________________________________introduo atomstica -1D DESCARGAS ELTRICASDESCARGAS ELTRICASNO ALTO VCUONO ALTO VCUOAs descargas desse tipo so estudadas na ampola de Crookes . Chama-se"alto vcuo" uma atmosfera onde se tenta produzir o melhor vcuopossvel.Hoje,consegue-sealto-vcuo da ordem de l0-11mmHg.Entre o ctodo e o nodo, estabelece-se uma tenso de alguns milharesdevolts.Observa-se, na regio em frente ao ctodo, uma luminosidade esverdeadanovidro.Em 1869, Hitterf demonstrou que a luminosidade era devida aos raiosprovenientes do ctodo, pois, se colocasse uma placa metlica entre o ctodo e o vidro,a luminosidade esverdeada do vidro iria desaparecer.Como somente o ctodo emitia esses raios, eles foram denominados"raioscatdicos".Crookes demonstrou que os "raios catdicos" eram constitudos de partculasde carga negativa, pois, sofrem defexes diante de camposeltricosoucamposmagnticos.Esta evidncia veio provar que o ctodo no emitia raios luminosos, massim,"PARTCULAS DE CARGA NEGATIVA".Alguns anos depois, o cientista Thomson conseguiu determinar a massadessaspartculasdecarganegativa,constatando ser bem menor que o mais leve dostomos ,ou seja, mais leve que o tomo de hidrognio.Ficou assim esclarecido que "EXISTEM PARTCULAS" mais leves queo"TOMO",ouseja,que"0TOMO CONSTITUDO DE PARTCULAS".As partculas constituintes dos raios catdicos foramchamadasde"ELTRONS"Inicia-se,assim, uma nova fase de pesquisa do interior do tomo e,evidentemente, oabandonodateoriaatmicadeDalton.Hoje sabemos que os raios catdicos so formados de eltrons. Os eltronscaminham pelo condutor at o ctodo. Como a tenso muito elevada, os eltronssaem do ctodo com grande energia cintica rumo ao nodo. Durante a trajetria, oseltrons quase no perdem energia porque, no meio rarefeito,quase no h colisesentre as partculas. No entanto, os eltrons no conseguem curvar sua trajetria eacabam colidindo contra as paredes de vidro. Al, parte da energia cintica transformada em energia luminosa. A seguir oseltronsso"succionados"pelonodo.______________________________________________________________RAIOSCATDICOSSOELTRONSACELERADOSEMITIDOSPELOCT0DO.______________________________________________________________Uma das importantes aplicaes dos raios catdicos est na televiso. O tubode imagem da televiso uma ampola de Crookes que possuiocanho (ctodo)capazde,ordenadamente,atirareltronsintroduo atomistica -1contraasuperfcieinternadovdeo, onde seencontraum revestimentodetintafuorescente.0 tubo de imagem da T.V. opera com uma tenso de aproximadamente10.000volts.ERAIOS ANDICOSRAIOS ANDICOSampola de Goldsteinampola de GoldsteinEm 1886, Goldstein fez experincias de descargas em ampolas contendo gsnuma presso de 0,1 mm Hg aproximadamente. Utilizando ctodo perfurado,observou que no prolongamento dos orifcios do ctodo formavam-se "focos"luminosos. Sugeriu ento que nessas descargas houvesse formao de partculaspositivas vindas da direo donodo,queforamdenominadas"raios andicos".A evidencia de que os raios andicos so constitudos de partculas de cargapositiva que, passando-os em campos eltricos e em campos magnticos, constatam-se desviou no sentido oposto no dosraios catdicos.A explicao do fenmeno aseguinte:Os eltrons dos raios catdicos saem com grande energia cintica e podemcolidir com molculas do gs residual, transformando-os em ons positivos .Estesonsso "atrados pelo ctodo" e regeneram oeltron quandocolidemcom o ctodo.Noentanto, alguns ons atravessam oorifcioeprovocam colisesnaparteposterior doctodo.Essascolisesserode onsaceleradosxmolculasdogsresidual, donde emitidaenergia emformadeondaeletromagnticaluminosa.Entoonodo "no emiteraios andicos.".___________________________________________________________________________RAIOS_ANDIC0S so ons_do prprio gs residual que so repelidos pelonodo e atrados pelo ctodo.___________________________________________________________________________Existem mtodos para determinar a massa das partculas positivas dos raiosandicos. Constatou-se que a massa das partculas positivas incomparavelmentemaior que as partculas dos raios catdicos.Utilizando-se o hidrognio como gs residual, foram obtidos raios andicos,constitudos de partculas cujas massas eram o mais leve possvel em relao a outrosraios andicos. No entanto, essa mais leve partcula positiva,at ento conhecida, eracerca de 1840 vezesmaispesadaqueoeltron.Para essa partcula, foi sugerido o nome de "PRTON", que fcou estabelecidocomo unidade de carga positiva, (pois era a partcula demenormassaemenorcargaobservadanaquelapoca).EMRESUMO:AdescarganumaampoladeGoldsteinapresenta:- eltronsaceleradosnumsentido,(raioscatdicos)e- onspositivosaceleradosnosentidocontrrio,(raiosandicos).introduo atomstica -1F ESPECTRGRAFOESPECTRGRAFO

DE MASSADE MASSAUma das mais importantes aplicaes dos raios andicos no espectrgrafode massa. Este aparelho permite determinar a massa do tomo.Umdosprimeirosespectrgrafos de massautilizadofoioespectrgrafode"ASTON".Na ampola onde se encontram o nodo "A" e o ctodo "B" formam se os onspositivos, ou seja , os raios andicos do gs. Como O ctodo "B" tem uma fendavertical, muitos ons passam e alguns conseguem atravessar as fendas "C" "D". Entre"C" e "D^' existe um fortssimo campo eltrico que acelera bastante as partculaspositivas nesse trecho. Em "E" existe um fortssimo campo magntico capaz de curvara trajetria dos raios positivos, fazendo-os colidir com"F",ondeexisteumflmefotogrfco.Conhecendo-se os valores dos campos eltricos e magnticos, pode-sedeterminara massadoon.Se na ampola foi colocado gs de um elemento qumico e, se no flme "F", soobtidas duas ou mais impresses, pode-se concluir que existempartculasdo mesmoelemento qumicocom diferentesmassas.Ora, essas partculas so ons, ou seja, tomos que perderam eltrons. Comoa massa do eltron praticamente desprezvel,conclui-se que,no elemento gasosoutilizado na experincia, existem "TOMOS COM MASSAS DIFERENTES". Os tomos dediferentes massas,porm do mesmo elemento, sero chamados de "ISTOPOS", e suaexistncia constatada no espectrgrafo. (Maiores detalhes sero explanados noprximoassunto.)Ento,senoflme"F"tivermosaimpresso:Conclui-se que,o elemento gasoso em estudo t em 3 istopos

Umarepresentaoesquemticaseria:Oistopoqueincideem"A"maislevequeaquelequeincideem"B"e"C".Quantomenora massadoon,maiorserodesvio,ouseja,menorseracurvaturadatrajetria.introduo atomstica -1GISTOPOS ISTOPOS ISBAROS-ISTONOSISBAROS-ISTONOSVeremos, nos captulos II e III, os trabalhos de diversos cientistas quepossibilitaram melhor esclarecimento da estrutura atmica.Vamos no entanto adiantar que o tomo constitudo de duas partes:a) Ncleo: onde se encontram principalmente duas espcies de partculas:"PRTONS e NEUTRONS". Eles possuem massas praticamente iguais.0prtonoresponsvel"pela cargapositiva".b) Eletrosfera: onde se encontram "ELTRONS", partculas de carga negativaque contrabalanam as cargas positivas do ncleo. Os eltronstm massadesprezvelemrelao aos protons e nutrons.As propriedades qumicas de um tomo so determinadas pelo nmero deeltrons na eletrosfera, que igual ao nmero de prtons doncleo,tambmchamado"NMERO ATMICO".Em outraspalavras:"tomos de mesmo nmero atmico possuem as mesmas propriedadesqumicas".Os nutrons so partculas "sem carga" e de massa aproximadamenteigual doprtoneseencontramnosncleosdostomos.Os prtons e nutrons determinam praticamente amassa do tomo, pois oseltronstm massadesprezvel em relaoquelasanteriores.CONVENESZ-------nmeroatmico (nmerodeprtonsdoncleo).N-------nmerodenutrons.A-------nmerodemassa(somade prtons+nutronsdoncleo).Logo:A=Z+NISTOPOS : So tomos do mesmo elemento qumico (mesmo nmeroatmico), porm,com diferentes nmeros de massa (logo, de diferente nmerodenutrons).ISBAROS: So tomos de diferentes elementos (diferentes nmerosatmicos), porm, com o mesmonmerode massa.ISTONOS: So tomos de diferentes elementos (diferentes nmerosatmicos),porm, como mesmonmerodenutrons.Sejamostomos"1"e"2"queapresentamrespectivamente:nmero deprtons-----------Z1 e Z2nmero denutrons -----------N1 eN2nmero demassa-----------A1eA2Representa-seoNMEROATMICOeoNMERODEMASSAdeumtomodoseguinte modo:Introduo atomstica -1EXERCCIOS(6) Examinemos os seguintes tomos:(7) So dados trs tomos, X, Y e Z. 0 tomo "X" tem nmero atmico 35 enmero de massa 80. 0 tomo "Z" tem 47 nutrons sendo istopo de "X". 0 tomo "Y" isbaro de "Z" e istono de "X". Quantosprtonstem"Y"?Foramdados:a=37(8) Os elementosA, BeCtemnmerosdemassaconsecutivos. "B" istopo de "A" e"A" istono de "C". 0tomo"B" tem 21nutrons eotomo "C"tem22prtons. Quaissoosnmerosdemassados tomos"A", "B" e"C"?(9) Numa fleira horizontal da tabela peridica (perodo) os elementos A, B eC so consecutivos. "A" e "B" so isbaros "C" e istono de "B". 0 nmero de massade "C" 197 e o elemento A tem 119nutrons. Calculeosnmeros atmicosdesseselementos.HHRAIOS "X" RAIOS "X"Em 1895, o fsico Wilhelm Konrad Roentgen anunciava a descoberta de raiosmisteriosos capazes de atravessar diversos materiais quesoopacosluz.Roentgen estava fazendo experincias com uma ampola de "Crookes" emplena descarga. Observou que alguns materiais, como uma placa coberta por sulfetode zinco, tornava-se fuorescente quando colocadanasproximidadesdaregiodecolisodosraioscatdicos.Afuorescnciadocartopermanecia,mesmoqueentre o cartoeaampolafossecolocadaumaplacadepapelo.Aexperinciasurpreendeu -oe umainvestigaomaismeticulosafoiiniciadaafmdeesclareceracausadafuorescncia.Ento, foimontadooseguintedispositivo.introduo atomstica -1Uma ampola de Crookes foi encerrada dentro de uma caixa de papelo. Dolado externo, em frente regio de coliso dos eltrons, foi colocado o materialfuorescente. Os raios misteriosos partiam daquela regio de coliso, atravessavam opapelo e vinham incidir no sulfeto de zinco, tornando-o fuorescente. Como Rentgenno conseguiu desvendar a natureza desses raios invisveis, ele denominou osde"raios-X".Em 1912, atravs de difraes em cristais, foi provado que os "raios-X"soondaseletromagnticasde " "muitocurto.__________________________________________________________________________Raios-Xsoondaseletromagnticasquesurgemna coliso de raioscatdicoscontraanteparosduros.__________________________________________________________________________Logoemseguida, constatou-sequeos"raios-X"eramcapazesdeimpressionarchapasfotogrfcas.Esta descoberta possibilitou "fotografar" o interior de muitos objetos opacos `aluz, mas transparentes aos raios-X. Uma das aplicaesmaisnotveis dessadescobertafoi na obteno de radiografas.Asprimeirasaplicaesna medicinaforamnodiagnsticode fraturassseas.Os "raios-X" atravessam facilmente .materiais constitudos de elementos debaixo peso atmico. Ento, o tecido sseo que apresenta clcio, de peso atmico 40,(maior que os do "C", "H" e "N" , principais constituintes da pele, msculo e carne) mais opaco aos "raios-X".Os "raios-X" no conseguem atravessar o tecido sseo e da a manchabrancadaradiografa.Tambm por este motivo que o chumbo de peso atmico 207, retm quaseque totalmente os "raios-X". Os operadores de aparelhos de "raios-X" utilizam aventaisde chumbo para proteger-se de eventuais radiaes que escapam, pois um excesso de"raios-X pode causarleses internasgravssimasnoserhumano.Quandoumatelevisoestligada,dovdeodesteaparelhoemanam"raios-X".Pormso"raios-X" de comprimento deonda() maiorqueaquelesutilizadosemradiografas.Esses"raios-X", de"A" relativamentelongo ( =100), sopraticamenteinofensivos.Os "raios-X" de muita energia e portanto, perigosos aos seres vivos, so os"raios-X" denominados duros, de comprimento de onda curtssimo ( = 0,01 ). Soobtidos fazendo-se colidir raios catdicos bastante energticos contra anteparos detungstnio. O anteparochamado"anti-ctodo".Numa ampola de vidro,como indica o esquema, faz-se omelhor alto-vcuopossvel. Utiliza-se uma tenso da ordem de 100.000 volts e um ctodo incandescente,os quais produziro raios catdicos de elevadssimaenergia.Nos aparelhos de "raios-X"reais, o prprio nodo j o anti-ctodo.A ampola envolvida por uma camada de chumbo que protege o operador dos"raios-X" que poderiam se dispersar. Existe uma janelanoenvlucrodechumboporondesaemos"raios-X':.Uma das grandes contribuies cientfcas foi a aplicao de "raios-X" nainvestigao de cristais, que possibilitou determinar distncias entre ncleos detomos. Isto desencadeou o esclarecimentodaestruturadamatria.introduo a atomstica -1TESTESEEXERCCIOS(10)-"Raios-Y" , "raios-X", "ultra-violeta" e "ondas curtas de rdio" so ondaseletromagnticas que apresentam freqncias na ordem:a) crescenteb) decrescentec) crescenteedepoisdecrescented) constantee) nenhumadasrespostas anteriores(11)-Noitemanterior, naquelaseqncia, suasvelocidadesno vcuoapresentam-senaordem:a) crescenteb) decrescentec) crescenteedepoisdecrescented) constantee) nenhumadasrespostas anteriores(12)-Referindo-seaindaquesto10, aquelasondas eletromagnticasapresentam"" (comprimentosdeonda) naordem:a) crescenteb) decrescentec) constanted) crescenteedepoisdecrescentee) nenhumadas respostasanteriores(13)-Umaestaoderadaremiteondas com30.000Mhz. Qualocomprimentodeondadessas emisses?(14)-Qual afreqnciadaluzdecomprimentodeonda: =5000?(15)-Quantosergsdeenergiapossuiumfotondeumaemisso de =1micron?(16) - Seja (q1) aenergiado fotonde determinado "raios-X" e (q2) aenergiado foton de "infra-vermelho". Pode-se afrmarque:a) q1 > q2b) q1 =q2c) q1 < q2d) nosepodecompararATOMSTICAATOMSTICAcaptulo 2radiatividade 2 ADESCOBERTA DESCOBERTA DA RADIATIVIDADEDA RADIATIVIDADEA descoberta dos "raios X" causou um verdadeiro sensacionalismo no meiocientifco. Alguns meses aps a sua descoberta, os "raios-X"jeramempregadosemclinicasmdicas.Lembremos que esses raios surgem na regio esverdeada da ampola deCrookes,ou seja, de onde seda a fuorescncia no vidro pela coliso dos raioscatdicos.0 fenmeno da fuorescncia despertou no cientista Becquerel a desconfanade que haveria uma correlao entre os "raios-X" e a fuorescncia das substncias.Em outras palavras, Becquerel achou que as substncias, quando fuorescentes,emitem "raios-X".Ele se utilizou ento de diversas substncias fuorescentes ao ultra-violeta,expondo-as a luz solar. (A luz solar contm uma dosederadiaesultra-violeta)Estas amostras eram colocadas sobre chapas fotogrfcas envolvidas porpapel negro. Ento, a chapa fotogrfca estava protegida dos raios da luz solar. Se afuorescncia na amostra emitisse "raios-X" , ento, estes atravessariam o papel negroe iriam impressionar o flme.Aps diversas tentativas, Becquerel observou que o sulfato duplo de potssioe uranila K2U02(S04))2 era a nica substncia fuorescentequeconseguiraimpressionaroflme.Pareciaqueasprevisoesdocientistaestavamconfrmadas.Na ocasio em que Becquerel realizava experincias, ele teve que interromp-las em face dos dias chuvosos e nublados que se seguiram.Ele guardou numa gaveta o sal de urnio sobre uma chapa fotogrfca. Comono havia incidncia de ultra-violeta no sal, este nopoderiaemitir"raios-X".Alguns dias depois, ao revelar por acaso aquele flme da gaveta, com surpresanotou impresses muito mais intensas que nas suas experincias. Estava provado queno era a fuorescncia a causa das emisses estranhas anlogas aos "raios-X".Logo,foi evidenciado que o K2U02(S04))2 tinha a propriedade de, espontaneamente,produzir emisses que atravessavam o papel negro e vinham decompor o saldepratadoflmefotogrfco.Assim, em 1896,Becquerel declarava que o sulfato duplo de potssio e uranilaemitia estranhos raios que, inicialmente, foram denominadosde "raiosdeBecquerel".A nova descoberta causou profundo interesse ao casal de cientistas MarieSklodowska Curie - Pierre Curie,que trabalhavam no laboratriodeBecquerel.Eles acabaram descobrindo que a propriedade de emitir aqueles raios eracomum a todos os elementos que possuam urnio, evidenciando assim que o"elemento urnio era o responsvel pelas misteriosas emisses".Para o fenmeno foi sugerido o nome de radiatividade" ou "radioatividade" quequer dizer: atividade de emitir raios (do latim - radius).Constatou-se logo que a radiatividade tem muita semelhana com os "raios-X"descobertos por Roentgen, sendo, por exemplo, capazes de ionizar gases ou ainda,capazes de ser retidos por espessas camadas dechumbo.48radiatividade - 2Isto comprovado utilizando-se um eletroscpio elementardefolhasdeouro.Quando se encosta um basto carregado (digamos positivamente) , aslminas de ouro se repelem. Se existe no interior do vidro um material radiativo, esteioniza o gs e, rpida mente, descarrega o eletroscpio. fazendo com que as folhas deourosereaproximem.Constata-se ainda que, quanto maior o teor de urnio na amostra, maisrapidamente se descarregaoeletroscpio.Este aparelho, embora muito simples, foi utilizado pelo casal Curie durantesuas experincias.Para extrair o urnio., compravam minrios de diversas procedncias.Um deles, apechblenda da cidade de Joachimsthal (hoje na Tchecoslovquia),apresentava-se muito mais radiativo que ou trsamostras.Examinando o minrio com cuidado, foi observado que uma das fraes deimpureza extrada da pechblenda apresentava-se muito mais radiativa que o urniopuro.Este fato fez com que o casal Curie desconfasse da existncia de um outroelemento radiativo at ento desconhecido. De fato, em 1898 eles conseguem isolarum novo elemento radiativo, cerca de 400 vezes mais radiativoqueournio.Aonovo elementofoidadoonomede"Polnio" em homenagemptriadeMme.Curie,naturaldeVarsvia.As pesquisas continuaram e logo depois, o casal Curie anunciava adescoberta de outro elemento muito mais radiativo que o Polnioequefoidenominadode "rdio".O rdio produz intensas emisses; as quais atravessam at mesmo camadasde chumbo que seriam barreiras para os _ "raios-X": tornam muito fuorescentesmateriais como "sulfeto de zinco" ou "platino cianureto de brio". Estas emissesexercem ainda efeito enrgico na destruio de clulas vivas. O prprio Becquerel quecarregou um tubo contendo sais de rdio, no bolso do palet, quando se dirigia a umaconferncia, recebeu uma forte queimadura na pele que depoissedegenerou emformadelcera, levandomesesparacurar-se.Hoje, o rdio tambm empregado para fulminar clulas cancergenas, emvirtude das suas enrgicas emanaes radiativas.0 salderdioemiteespontaneamenteluzazulecalor.BBNATUREZA DAS NATUREZA DASEMISSESEMISSESLogo aps a descoberta da radiatividade,oscientistasreconheceramquenofenmeno,havia emisso de "partculas" e"radiaes'.Um engenhoso dispositivo foiidealizado,como indicaafgura.Num cilindro de chumbo perfurado umpoo. Ai dentro, coloca-se um material radiativo,por exemplo, polnioourdio.O material vai emitir radiatividade emtodas as direes, porm, o chumbo estanca apropagao. Somente na direo do pooescapamasemisses.Colocando-se placas fortementeeletrizadas, cria-se um campo eltrico capaz dedesviar a trajetriadasradiaes.No entanto, aparecem 3 direes depropagao, o que se pode constatar colocandouma placa fotogrfca ou um carto forescenteno plano (XY) (perpendicular fgura).50radiativdade - 2CONCLUSES:A emisso radiativa constituida departculas de carga positiva, partculas de carganegativa e radiaes, hoje denominadas "ondaseletromagnticas .As partculas positivas, que foram chamadas de "partculas alfa" (a), devempossuir massa elevada, j que, o desvio produzido bem menoremrelaosoutraspartculas.O famoso cientista Rutherford conseguiudemonstrar que as partculas (a) eram ncleos detomo de hlio e,portanto constitudos de 2prtons + 2nutrons.Num tubo baromtrico de vidro espessofoi colocada uma cpsulacontendosalderdio.0 rdio emite partculas"a", quefacilmente atravessama cpsula, mas noatravessam a espessa parededevidroqueforma o tubo.Aps algum tempo, verifcou-se que o nvel de mercrio abaixou (Ah),informando a presena de gs no interior do tubo baromtrico. A anlise desse gsrevelou ser o gs hlio. 0 gs formou-se a partir das partculas (a) emitidas pelo rdio.As partculas negativas foram denominadas de partculas beta () e possuemo mesmo comportamento dos raios catdicos. Desta forma,no restava dvida: tratava-se de "eltrons em grande velocidade".Estas partculas tm maior poder de penetrao que as partculas(a) .As partculas () sofrem "desvio maior e em sentido oposto" , em relao spartculas (), pois so "partculas leves e de carganegativa".Enquando as partculas () s atravessam alguns milmetros de madeira, aspartculas()chegam a atravessar alguns milmetros de ao.A energia dessas partculas depende tambm do tomo emissor. As partculasemitidas pelos tomos de rdio so muito mais penetrantesqueaquelasemitidaspelopolnio.As emisses que "no eram desviadas" pela ao de campos eltricos oumagnticos foram denominadas de "raios gama" (y). Hoje sabemos que "os raios (y) soondas eletromagnticas de () curtssimo, mais curtos que os "raios-X"e de grandepoder de penetrao. Chegam aatravessardezenasdecentmetrosdechumbo.Resumindotemososeguinteesquema:Aradiatividadehojedetectadapor umaparelhodenominado"contador Geiger"-posteriormente melhoradopor Muller.Trata-se de umbalo de vidro contendoumgs.Quando aspartculas e as radiaespenetram no balo de vidro,ocorre uma ionizao dogs.Internamente, obalo ciln drico de vidro erevestido por uma folhametlica.Existe umfometlico que atravessalongitudinalmente o tubodevidro.radiatividade 2Quando as emisses radiativas ionizam o gs, os ons produzidos so atradospara o fo metlico. A, eles recebem os eltrons provenientes do gerador. Os eltronsque saltam na ionizao do gs, so tambm atrados pela parede metlica, que osconduz para o gerador.EM RESUMO, uma pequena corrente eltrica aparece no circuito assimesquematizado. Esta corrente eltrica produz "impulsos" que podem sertransformadosemruidosnumamplifcador.Desta forma, podem-se "contar" os rudos e deduzir o nmero de ionizaesque ocorrem na amostra. Os contadores comuns so sensveis s partculas () e raios(), principalmente.Existem diversos modelos desses aparelhos; fxos e portteis de maior oumenor sensibilidade.Uma das grandes aplicaes na prospeco de minriosradiativos.CCLEIS DA LEIS DARADIATIVIDADERADIATIVIDADE0 cientista ingls Frederick Soddy partiu da hiptese de que a radiatividadeera um fenmeno conseqente a uma instabilidade nuclear. Assim, um tomoradiativo, aps a emisso de uma partcula () ou (),iriatransformar-seemtomodeoutroelemento.Verifcou-se que, quando um tomo radiativo emite uma partcula ( ), ele setransforma num elemento, cujo tomo recua "2 lugares natabela peridica"ecuja"massaatmica diminui de 4 unidades".Assim,Soddyenunciouumaleiconhecidacomo"1a.lei daradiatividade"ou "LeideSoddy", hojeassiminterpretada:___________________________________________________________________________"Quando um tomo radiativo emite uma partcula (), seu nmero atmicodiminui de 2 unidades e seu nmero de massa diminuide4unidades".___________________________________________________________________________Com a colaborao de mais dois cientistas, foi descoberto que, quando umtomo radiativo emite uma partcula () , o lugar desse tomo na classifcaoperidica "avana de uma unidade" e a sua "massaatmica permanece constante".Esta foi a observao de onde resultou a "2a. lei da radiatividade", conhecidacomo "lei de Soddy, Fajans e Russell", assim interpretada:___________________________________________________________________________"Quando um tomo radiativo emite uma partcula (), seu nmero atmicoaumenta de uma unidade e seu nmero demassapermanececonstante".___________________________________________________________________________Evidentemente, os enunciados dessas leis no tinham esses textos,pois,naquela poca, nem se admitia o tomo nuclear. Ainda se pensava no tomo "bolinha"como aquela imaginada por Dalton. Ento, nosepodiafalarem nmeroatmicoenmerodenutrons.EXPLICAOATUALDA1a.LEIAsleisdaradiatividadetornaram-seevidentesaps adescobertadaestruturanucleardotomo.Como a partcula () constitudade 2 prtons e 2 nutrons, teremos umadiminuio de 2 prtons e 2 nutrons noncleo e, consequentemente,seu nmerode massa ir diminuirde4unidades.Asadadeuma partculadoncleo provocasimultaneamenteaemissoderaios gamapeloncleo.radiatividade - 2EXPLICAOATUALDA2a.LEIAdmite-se hoje a existncia de neutrons instveis no ncleo dos tomosradiativos. Estes nutrons desintegram-se, ocorrendo o seguinte:0 nutron transforma-se em prton + eltron + neutrino, sendo que "apenas oprton permanece no ncleo". O neutrino, por ser uma partcula muito leve e semcarga, no detectada nos contadores Geiger comuns. Neste curso iremos preocupar-nos apenas com prtons e neutronsnasemisses().Apenas para ter uma idiailustrativa, pode-se admitir que umneutron instvel e aquele constituido deum prton, um eltron e umneutrino.Ora, sempre que do ncleo sai umeltron, resulta que "um neutron" transforma-se"num prton". Ento, o nmero atmico aumentade uma unidade e o nmero de massa permanececonstante, pois diminui um nutron, mas em seulugar aparece um prton, sem alterar ento acontagemde"prtons +neutrons"Constata-seexperimentalmenteque,apenas os tomos de nmero atmico superior a 82, manifestam a radiatividadenatural. So aqueles elementos do fm, na Tabela Peridica, incluindo tambm osartifciais. Os tomos de nmeros atmicos menores podem tornar-se radiativos, massomente aps terem seus ncleos bombardeados por de terminadaspartculassub-atmicas.___________________________________________________________________________Radiatividade a propriedade de os tomos emitirem partculas e radiaes,como conseqncia de uma instabilidadenuclear.___________________________________________________________________________EQUAESDEDESINTEGRAOSabendo-se que a partcula () constituda de 2 prtons e 2 nutrons, pode-se escrever +2a4 nas equaes de desintegrao. Sejaotrioemitindoumapartcula() etransformando-seemrdio:Destaforma, osnmerosdemassaeosnmerosde prtonsfcambalanceados.Do mesmo modo, quando um tomo emite uma partcula (), pode--seescrever: -10. Isto quer dizer que o nmero de massa do tomo no se alterou e, sesubtrairmos uma unidade do nmero atmico do tomo resultante, obteremos onmero atmico inicial. Seja o trio transformando-seem protactnio:Aequaogeralparaaemissode"x"partculas ()e""partculas()aseguinte:(quandoapsessasemisses, umtomoUXVtransforma-seem pYq)EXERCCIOS(17) 0tomo 92U235emitiu5partculas ()e 7partculas ()consecutivamente. Quantosnutronspossuiotomofnal?Resposta: 126nutronsradiatividade - 2(18) Quando o tomo de urnio de "Z" = 92 e "A" = 238 emite 5 partculas ()e 2 partculas () qual o nmero de neutrons do tomo fnal?(19) Quantos () equantos () deveemitir o 91Pa231 parasetransformarem82Pb207?EQUAOGERALDASDESINTEGRAES-FORMULASVamosadmitir queotomoUXVemitiu"x"partculas()e"" partculas(),transformando-senotomopYq.Aequaogeralseria:Vamosadotarasseguintesconvenes:A)CALCULODEAOsnmerosdemassanosfornecemaseguinteequao:Logo_:"Adiferena dos nmeros demassa"entre os tomos inicial e fnaligual a "quatro vezes onmero de emisses (a)".B)CLCULODEAZAequaodosnmerosatmicos:Logo_:A diminuigo do nmero atmico para o tomo radiativo igual a 2 vezes onmero de emisses (a),menos onmero de emisses (8).C)CLCULODEANA diferena entre o nmero de nutrons de "X" e "Y" dada peloclculo:Ento:Logo:A diminuio do nmero de nutrons igual soma das emisses () oomodobrodas emisses (a).EXERCCIOS(20) Um tomo 89X emitiu partculas () e () transformando-se em 86Y comperda de 13 nutrons. Determinar o nmero de partculas () e () emitidas.RESOLUO:Resposta: (4) e (5) foramas emisses.(21)Um tomo radiativo emitiu 5 partculas () e3 partculas (). Quantosnutrons foramdiminudosno seuncleo?(22) 0 nmero de massa de um tomo radiativo diminuiu de 16 unidades e onmero de nutrons diminuiu de 11 unidades,quando ocorreramemisses () e() .Quantos () equantos ()foram emitidas?radiatividade 2DCINTICACINTICADAS EMISSESDAS EMISSESLogo aps a descoberta da radiatividade, a observao do fenmenodemonstrou que se tratava de um fenmeno estatstico. Em outras palavras: nenhumapreviso de "quanto tempo levara para desintegrar-se" pode ser feita para umdeterminado tomo, mas se examinamos um nmero grande de tomos, pode-seprever o nmero de desintegraes que ocorrero em certo intervalo de tempo. Estapreviso ser tanto mais prxima da realidade quanto maior o nmero de tomosnaamostra.Apenas para um exemplo comparativo: se voc perguntar a um indivduoquanto tempo ele viver exatamente voc no ter nenhuma resposta. Mas,analisando-se uma cidade como S. Paulo, pode-se prever, aproximadamente, o nmerode bitos num ms. Isto um fenmenoestatstico.Ento, absurdo querer prever quanto tempo levar para que, determinadotomo de rdio por exemplo seja desintegrado. No en tanto, estudando-se umaamostra de 1 grama de rdio, pode-se prever onmerodeemissespor minutonessaamostra.A)VELOCIDADE DE DESINTEGRAOSeja uma amostra radiativa possuindon0tomosiniciais.Vamos supor que este elemento possa emitir partculas (a) ou () Cadapartcula emitida ser contada como uma unidade de emisso.Aofmdeum tempo"t"teremos"n"tomosqueaindanoemitiramnenhumapartcula.Ento,onmerodetomosquejemitiram:n0-n.Chamemosde: n=n-n0 (diferenaentreonmero de tomosfnaleinicial.Vi-seque "nsemprenegativo".Sendo"t" otempodecorrido para queapareaa diferena "n" pode-sedefnir.Agrandeza"v"denominadavelocidadededesintegrao.Nota-se que sendo. " n " sempre negativo, "v" ser tambm negativo. Istoquer dizer que,na amostra, o nmero de tomos est diminuindo".EXEMPLO:(23) Numa amostra de urnio observam-se 180 emisses_por minuto. Qual a velocidade de desintegrao expressa em emisses/segundo?Ento:OBSERVAOIMPORTANTE: claro que um tomo aps a emisso de () ou () no desaparece. lecontinua na amostra podendo ou no efetuar mais emisses. No entanto,_parasimplifcar o estudo, vamos admitir que uma vezque o_tomojemitiu, elenopertencemaisaoconjunto.E por isso que dizemos: medida que os tomos vo emitindo, onmerodetomosrestantesvaidiminuindonoconjuntoemestudo.A) VELOCIDADEINSTANTNEADEDESINTEGRAO(vi)Chama-se,pordefnio, "Vj_" , o limitedaexpressodevelocidadededesintegrao,para" t "tendendoazero. (L-sederivadadenemrelaoat)radiatividade 2B)CONSTANTERADIATIVA(-C)Verifcado que a radiatividade um fenmeno estatstico, ento, pode-se dizerque, quanto maior o nmero de tomos na amostra, maiorseravelocidadededesintegrao.Exemplo comparativo: Examinando o nmero de bitos/ano numa cidade,esse nmero ser tanto maior quanto maior a populao dessa cidade.Para cada elemento, pode-se determinar uma constante, que relaciona onmero de desintegraocomavelocidadededesintegrao.Paraomesmoelementoteremos:(0sinal-porqueavelocidadetemsinalnegativo,ou seja, vaidiminuindoaquantidadedetomosnaamostra.)Para o mesmo elemento teremos:(0sinal-porqueavelocidadetemsinalnegativo,ou seja, vaidiminuindoaquantidadedetomosna amostra)temoscomoconseqncia:Logo:"C"afrao detomos desintegrados naunidade de tempo.EXEMPLO:OradiotemaconstanteIsto quer dizer que numa amostra de rdio contendo 2300 tomos , aps1ano,ter-se-iadesintegradoapenasumtomo.Evidentemente,paraumelemento, quantomaioro valor daconstantemais radiativoseresseelemento.SejamdoiselementosV-se que "A" e" mais radiativo que "B", pois no mesmo tempo, "A" emiteodobrode"B", paraomesmonmerodetomos.C) VIDAMDIA(Vm)A vida mdia da populao do nosso pais 34 anos. Isto no quer dizer quetodo brasileiro tem que morrer com apenas 34 anos. Para esse clculo, foi computadoo tempo de vida de todos os indivduos e o valor mdio caiu bastante, em face dagrande mortalidadeinfantilnonordeste.radiatividade 2De modo anlogo, calcula-se a vida mdia de um elemento radiativo. Sejam 5tomos de rdio que para emitir partculas () levaram:Paraessescincotomosavida media:Naverdade,umaamostraradiativa,pormenorqueseja, tem um enormenmerodetomos.Logo'Estaadefnio de vidamdia.Na prtica, avidamdiacalculadaa partirdaconstanteradiativa,baseando-senumdosaxiomasdaprobabilidade.Imagine 100 esferas numeradasde 1 a 100, dentro daquele cestoutilizadono jogodeBINGO.Vamos supor que, em cada hora,sorteado um nmero. Consideremos que aesfera premiadavoltar ao cesto,concorrendo novamenteparaonovosorteio.Ento, pode-se dizer que de cada100 esferas, uma sorteada, emcadahora.Ouseja:(Caconstantedosorteio paraasesferas).A probabilidade mdia de determinado nmero ser sorteado de 1/100, ouseja, em mdia, de cada 100 jogadas (100 horas), aquele nmero escolhido sair umas vez. Levar em mdia 100 HORAS para um escolhidonmerosair.Estatisticamentetemos:Em outras palavras, cada esfera ter que esperar em mdia 100 horasparasair(podesairantesou mesmodepoisde100horas).Arelaoacimaum "axiomada probabilidade".Se o leitor no conseguiu acertar a relao acima, vamos pensar de outraforma. Voc aceita que valor mdio num fenmeno estatstico um valor hipottico,admitindo-se condies de igualdade paraqualquerelementodaamostra.Ento, vamos supor que todas as esferas vo permanecer exata mente omesmo tempo dentro do cesto at serem sorteadas. Isto seria possvel com certeza, sea retirada no fosse ao acaso. Vamos, ento, tirar as esferas na ordem 1, 2, 3, ..., at100. "Lembre-se de que cada esfera retirada voltar logo ao cesto e que, em cada 1_hora,retira-seapenas1esfera".Escolhido certo nmero, este somente sair de 100 em 100 horas, e todas asesferas teriam esperado 100 horas dentro do cesto para ento sairem novamente. Este o valor, mdio, pois todas as esferasteriamomesmoritmoderetirada.Diramos ento, que a vida mdia de permanncia das esferas, para seremsorteadas, de 100 horas, mesmo para o processo de retiradaocasional.Se tivssemos 200 esferas numeradas de 1 a 200, a constante de retiradaseria: eavidamdiaseriade200horas.Voltemos agora ao exame de uma amostra radiativa. O elemento rdiotemconstante:Isto quer dizer que,de cada 2300 tomos de rdio, em 1 ano ,a probabilidadedeocorrerumadesintegrao.ento, teremos vm=2300anosradiatividade-2Em outras palavras, numa amostra de rdio em exame, j existem tomos emdesintegrao e daqui a 5.000 anos ainda existiro tomos no desintegrados nessaamostra, mas a mdia de durao ser de 2300 anos. Ou ainda, muitos tomos iro sedesintegrar muito antes de 2300 anos, muitos iro durar mais que 2300 anos, mas amedia prevista2300anos.C)PERODODESEMI-DESINTEGRAOOUMEIA-VIDA(P)Defnio:Sejaumaamostracom n0tomosradiativosiniciais.Apscertotempo, teremosn0/2tomosnodesintegrados.Defniremosessetempode"P",perododesemi-desintegrao.Note-se que esse tempo, para que sejam desintegrados 50% dos tomos daamostra, independe do nmero global de tomos iniciais, desde que sejam amostrasdo mesmo elemento, pois v = C.n (quanto mais tomos,maiorseravelocidadededesintegrao).Se continuarmos observando a amostra inicial, de se prever que, ap5s maisum perodo,, teremos uma desintegrao de mais 50% dos tomos restantes. Isto querdizer que, em relao ao n0, teremos como tomos restantes apenas n0/4; aps umperodo, teremos apenasn0/8tomoseassimsucessivamente.Na prtica, um tomo que produziu uma emisso continuar junto aos outrostomos. Por questo de simplifcao didtica vamos, teoricamente, considerarexcludos da amostra os tomos que j produziramemisses.Da na fgura, aparecerem as amostras com uma diminuio de tomos com odecorrer dos perodos, pois estamos englobando apenas ostomosqueaindanoproduziram emisses.Paracadaperodo "P"quepassa,teremosumadiminuio de 50% daamostra,quecontinuamentevaidiminuindo, at chegar a umaquantidadetopequena,ondenovalem maisasprevisesprobabilsticas.Passados"x"perodos, teremos genericamente"n"tomosrestantes na amostra. Note-se que, se consideramos os nmeros de tomosna amostra em intervalos de um perodo, esses nmeros constituemumaprogressogeomtrica(P.G.) derazo1/2.Umaprogressopodeserrepresentadapor:A1, a2,a3, ...ak,quandotemosktermos.Comonoinstanteinicialtemos"n0"tomos,sendon0j,o a1 (1.termodaP.G.) eaindacomzeroperodo,verifca-seque:Ordemdotermoda"P.G."=(nmerodeperodos transcorridos+1)ouento:0primeirotermoda"P.G."o"n0"eoltimotermoo "n" quecorrespondeao"ak".Ora:(Obs.: "n" pode representar tambmamass afnal deumaamostraradiativa).Pode-serelacionaronmerodeperodoscom o tempoobservado:radiatividade - 2"p"otempocorrespondentea um perodo, expressoem anos, dias,horas,etc."x"onmerodeperodostranscorridos."t"iotempodeobservaonamesmaunidadede"p".Asduasfrmulasutilizadasparaaresoluo de problemasso:EXERCCIOS(24) Quanto tempo levar para que, uma amostra radiativa de 28 gramas e deperodo de semi-desintegrao 17 horas, fque reduzida a1,75gramas?Resoluo:(25) Certa amostra radiativa produz 8000 emisses por minuto. Aps 60horas, constata-se que o nmero de emisses acusadas num contador Geiger cai para250 por minuto. Qual o perodo de semi desintegraodessaamostra?Temos:Ento:Resposta: 12horas(26) 0 perodo de semi-desintegrao do istopo radiativo Na24 15 horas. 0tempo necessrio para que 50 gramas desse elemento fquereduzidoapenasa3,125g:a)16horasb) 240horasd) 120horasc)60horase) 100horas(27) Quantotempolevarparaque sejadesintegrado 87,5%de umaamostraradiativadeperododesemi-desintegraode14dias?(28) Quando o 90Th227 transforma-se em 88Ra223 com a emisso departculas (), o perodo de semi-desintegrao de 19 dias. Aps 76 dias deobservao de uma amostra de 90Th227, qual a porcentagemdaporonodesintegrada?(29) 0perodo de semi-desintegrao de6 horas,quando o Ac228emitepartculas (). Quantotempolevarparaque10gdessaamostrafquereduzidaapenasa2g? (dado: log2=0,3)(30) Quando o Ra226 emite partcula (), o perodo de semi-desintegrao de1590 anos. Quanto tempo levar para que a amostra de100g fquereduzidaapenas a8gramas? (dado: log2=0,3)radiatividade - 2E)RELAOENTREVIDAMDIA,VmEPERODODESEMI-DESINTEGRAO,PPode-sededuzir, comrecursosdaMatemticaSuperior,que:A deduo da frmula ser dada apenas corno uma curiosidade para osleitores que j tenham estudado clculo diferencial e integral (CursoSuperior).Para os alunos secundrios: S ACREDITEM NA FORMULA E ESQUEAM A_DEDUO.Sabemosqueavelocidadededesintegraoinstantnea:Ento, a formula geral ser:Onde:n0 ->nmero de tomos oumassainicialn ->nmero de tomos oumassaaps o tempo t C -> constante radiativat->tempo decorridoTrata-se de uma funo exponencial decrescente.Faamos um grfcopararelacionaro n como tempo, representandoalgunspontos importantes como: 1IP, 2P,3P,..., etc.Vamos analisaruminstante,porexemplo"IP",quando temosapenasnn/2 tomos.radiatividade 2EXERCCIOS(31) Qual a constante radiativa do 84Po210, quando se transforma em82Pb206, sabendo-se que o perodo de semi-desintegraao de140dias?Resoluo:Istoveminformar-nosque,decada200tomosemmdia,desintegra-se1tomopordia.(32) 0 urnio - 238 tem constante radiativa C = 1,53 x IO-10 anos, quando setransforma em trio. 0 perodo de semi-desintegrao do urnio :(33) Paraoradnio-222 transformar-seempolnio-218, aconstante radiativa de 1/130 hora-1. Pergunta-sea) operododesemi-desintegraodoradnio-222.b) o temponecessrio paraque 10 gramas de radnio fquemreduzidas apenas para 1,25 g.(34) Certaamostraderadiotemvelocidade dedesintegrao 10.000tomo/ano. Suaconstante radiativa 1/9 ano-1. Pedem-se:a) onmero aproximado de tomos na amostra.b) o temponecessrioparaque avelocidade de desintegrao sereduzapara2500 tomo/ano.(35) Certaamostraradiativatemvidamdiade"x"anos. Aps anosdeobservao:a) metadedos tomosjsedesintegroub) menosquemetadejsedesintegrouc) todos os tomosjsedesintegraramd) maisdametadedos tomosjsedesintegroue) nenhumadasproposies acimapodeserafrmada E FAMLIAS RADIATIVAS FAMLIAS RADIATIVAS OU SRIES RADIATIVASOU SRIES RADIATIVASEm primeiro lugar, vamos interpretar o signifcado da palavra "famlia"entreossereshumanos.s pessoas so da mesma famlia quando, as existncias desses indivduosestointerligadas.Se na natureza realmente o ser humano partiu de "Ado e Eva", todososhumanospertencemaumanicafamlia.Segundo as pesquisas realizadas no estudo da origem dos tomos radiativos,conclui-se que existem apenas 3 famlias ou sries radiativasnaturais.Isto quer dizer que todos os tomos radiativos naturais existentessurgiramdeapenas3espciesdetomosradiativos.As trs sries radiativas so encabeadas pelos seguintes tomos:a) sriedoUrnio-----------iniciacom92U238b) sriedoActnio---------iniciacom92U235c) sriedoTrio -----------iniciacom90Th232Aqui,nos tomos, no necessrio "um casal" de tomos para originaroutrotomo.Quando o tomo de urnio 92U238 emite uma partcula , ele se transformaem 90Th234, este se emitir uma partcula transforma-se em 91Pa234 e assimsucessivamente at se transformar em chumbo estvel.radiatividade 2Acontece que nem todos os tomos sofrem desintegraes simultneas. O U238tem perodo de semi-desintegrao 4,56 x IO9 anos. Recordandooqueperododesemi-desintegrao,subentende-seque:A qualquer instante temos tomos se desintegrando. No entanto, para seextinguirem todos os tomos da amostra levaria um tempo infnitamentegrande.Isto explica a existncia de "velhssimos" tomos de urnio, aindahojeencontradosnanatureza,semterproduzidoemisses.Resumindo:Na natureza apareceu inicialmente uma multido de tomos radiativos,porm, pertencentes a um dos trs tipos de elementos radiativos: U238, U235eTh232(talvez houvesse outrosjextintos).Muitos deles ainda existem inalterados, de prontido para produzir emisso aqualquer momento; outros j emitiram e se encontram atualmente em forma de outrotomo radiativo ou j na forma de chumboestvel.Ento, de se prever que os tomos radiativos naturais vao se esgotando diaa dia. Levar-se- muito e muito tempo mas, chegar o dia em que todos os tomosradiativos naturais se tero transformadoemchumbo.As trs sries radiativas encabeadas por U238, U235 e Th232foramrespectivamentedenominadassriesdournio, actnio e trio.92U238-------------------------------------------- Pb92U235------------------------------------ ----- Pb90Th232---------------------------------------- -- Pb____________________________________________________________________________Srieoufamliaradiativa oconjunto de tomosque estorelacionadosporsucessivasdesintegraes.____________________________________________________________________________Examinemos agora a srie do urnio"que seinicia com 92U2 3 8.Vamos interpretar e fazer algumasobservaes no esquema ao lado, que representaa srie dournionaturalU238.1) O tomo 92U238 radiativo porque capaz deemitir umapartcula(),transformando-se em trio. No entanto, o perodode semi-desintegrao de 4,56 x 1O9 anos, ouseja, para desintegrar 50% de tomos de umaamostra contendo somenteU238levaressetempo.2) O tomo de trio, assim originado,pode emitir, a qual quer instante, uma partcula(), transformando-se em Pa234.Otrio tem perododesemi-desintegraode24,6dias.3) E assim sucessivamente at que opolnio - 210 emita uma partcula () e setransforme em chumbo - 206, que estvel.4) Os tomos que inicial mente eramU238 vo pouco a pouco se estabilizando na formade chumbo. Como a desintegrao no simultnea, na natureza existemtodos oselementos da srie que constituem a FAMLIADO URNIO.5) Note-sequeaemisso () ou(), e portanto, o nmero de massa, diminui de 4_unidadesoumantm-seconstante.Ento, o (A) entre 2 tomos quaisquerda srie, ser sempreum mltiplode4.radiatividade - 2A srie do Actnio e encabeada pelo 92U235 e se estabiliza com 82Pb207. Onome desta srie esse porque se pensava que o elemento inicial fosse o Actnio querealmente o 4.elementodasrie.A srie do trio inicia-se com 90ThZ32 e tambm estabiliza-se com chumbo-208. Note-se ainda que o (A) entre 2 elementos quaisquer da mesma srie, sempremltiplode4.O casal Curie-Juliot obteve artifcialmente outra srie radiativa a partir do90Th232, bombardeando-o com nutrons. Porm, na natureza,encontram-se apenasassriescitadas.Hoje existem outras sries radiativasartifciais.Vimos ento que todos os tomos radiativos naturais estabilizam-se na formade chumbo. No entanto, os istopos fnais de Pb so diferentes. Temos chumbo comnmero de massa 206, 207 e 208 respectivamente, para as series do urnio, actnio etrio. Ento, o nmerodemassa podeserdado pelasseguintesexpresses:Sriedournio-A=4k+2Sriedoactnio-A=4k+3Sriedotrio -A=4ksendokumnmerointeiro.Em outraspalavras,dadoum tomoradiativonatural possvelreconhecerasuasrie.EXERCCIOS(36) Aquefamliapertenceo 83Bi214? Resoluo:Dividindoonmerodemassadobismuto por4, temosorestodadivisoque caracterizarasrieradiativa.214 4 resto2Ento, otomodafamliadournio(4k+2).(37) Um tomo possu 86 prtons e 134 nutrons. Este tomo dafamliado:a) urnio c) triob) actnio d) artifcial(consulteasfamlias radiativas)(38) Quando o polnio de Z = 84eA = 215 estabilizar-se, o tomoestvelsero:a)86Pb206c)82pb208b) 82Pb207 d)nadasepodeprever(39) Consultando o esquema que representa a famlia do urnio, pode-seprever que para o Urnio dessa famlia transformar-se em chumboforamemitidas:a) 9e10 c) 6 e 8b) 10 e5d) 8 e6 76radiatividade - 2FREAES DEREAES DETRANSMUTAOTRANSMUTAOUmareaodetransmutao,quandoostomos sofremtransformaoemseusncleos,originando-setomos de um novoelemento.Atransmutaopodeser naturalou artifcial.A transmutao natural e aquelaverifcada nos tomos radiativos onde oncleo, por emisso espontnea departculas, passa a ser ncleo de um outroelementoqumico.A transmutao artifcial e aquelaprovocada porbombardeamentos dencleos, utilizando-se partculassub-atmicas.Mas como se pode bombardearum ncleo?A descoberta da radiatividadetrouxe a possibilidade de atirar partculasnos ncleos, provocando transformaes.Imagine um bloco de chumbo onde se faz um poo, ou seja, um orifcio.Coloque mos a dentro um pouco de polnio, que capazdeemitirpartculas ().AsemissesqueescapamsoaqueIas quevo nadireodoorifcio externosumdispositivoque podemosadmitircomoum"fuzildeemisso()".Aprimeirareao detransmutaoartifcial foi realizadaporRutherford em1919.Ele colocouum pedao de polniodentro de uma ampolaseladacontendoapenas nitrognio. Aps algumas semanas constatou apresena de oxignio dentro da ampola.A nica explicao plausvelera:As partculas () emitidas pelo polnio devem terbombardeado ncleos de nitrognio, transformando-osentoemoxignio.Hojesabemosqueissosetratadaseguinte"reaonuclear"Aequaodetransmutao:Reparem que a equao de transmutao apresenta obedincia algbrica aosndices que representam nmero de massa e nmero deprtons.14+4=17+17+2=8+1Hoje pode-se constatar experimentalmente que, de fato, houve uma coliso departcula com ncleo, utilizando-se a cmara de Wilsonoutambm-conhecidacomo cmara deneblina.radiatividade-2Acmara"C"cilndrica, cobertapor umdisco de vidro "D" econtm um gssaturadocom vapord'gua.Quando o pisto"P" desce (com a aberturada vlvula "V" conectada aofrasco evacuado "F") apressoem"C" caibruscamente e teremos gssuper-saturado. Em"E"existe um bloco de chumbocontendo emissor radiativoca paz de lanarpartculas().A trajetria daspartculas () pode serfotografada do ponto"X",poisessaspartculasprovocamacondensaodovapor d'guasuper-saturado.Observemos a fotografa da cmara deWilson,que utilizou gs nitrognio+vapord'gua.Na verdade, a condensao da gua porcausa da ionizao do nitrognio (eltrons donitrognio que so arrancados pelas partculas a),que condensa molculas de gua sobre os onsformados .79Mas, em certospontos, nota-seuma brusca bifurcaodatrajetri,comoaobservadanoponto"K".quehouvecolisode() com oncleodenitrognio, ocorrendoatransmutaojexplicada.A bifurcao no seno as trajetrias do prton e do tomo de oxignio.Em 1932, o fsico ingls Sir James Chadwick anunciava a descoberta de umapartcula de massa aproximadamente igual ao do prton,pormdecarganula.Erao NUTRON.Desde 1930, j se havia observado que o bombardeamento do berlio compartculas () produzia emisses de grande energia e admitia-sequeeram"ftonsmuitoenergticos".A experincia abaixo fez com que Chadwick sugerisse que no se tratava deftons,mas sim,de partculas com massa que foram denominadasdenutrons, emvirtudedaneutralidadedecarga.Uma placa de polnio foi justaposta a uma fnssima lmina de Berlio. Naoutra face do Berlio, foi colocada uma camada de parafna(substnciacontendohidrognioecarbono).Verifcou-se que a parafna emitiaprtons com elevada energia. Os prtons foramexpulsos da parafna (CXHV) pela coliso de"alguma coisa"comtomosdehidrognio.Essa "alguma coisa" que vinha do berliono podia ser ftons, pois sua energia, necessriapara expulsar prtons da parafna, eraincompatvelcomaexperincia.Para expulsar prtons (ons H+) de umcomposto que possui hidrognio preciso coliso,utilizando-se partculadeelevadamassa.Assim,Chadwicksugeriuqueocorresse a seguintetransmutao.radiatividade-2Os nutrons provenientes doberlio colidem com os tomos leves dehidrognio, podendo arranc-losdaparafna.Tambmnomesmoano,Anderson conseguiu obter em laboratrioo "eltron positivo',' ou seja, nicapartcula de massa igual do eltron,pormcomcargapositiva.Sua notao ( + 1 0 ) e foi denominadade POSITRON.Em 1934, o casal Frederick Joliot-Irene Curie Joliot (flha da Madame Curie)conseguiu produzir o primeiro elemento radiativo artifcial.Bombardeando alumnio com partculas (), obteve-se um elementodenaturezaradiativa.Observou-sequeofsforo-30capaz de emitirpsitronsespontaneamentesegundoaequao:Norestadvidadequeofsforo-30radiativo.A descoberta do nutron veio edifcar a estrutura nuclear. Antes, pensava-seque qualquer ncleo possusse partculas "a" (que eraimaginado comonicapartcula),prtonseeltrons.Porexemplo,otomodeltioquehojesabemosterZ = 3e A = 7eraapresentadocomaseguinteconcepo.Hojesabemosqueo ncleo de ltiopossui3 prtons+4nutrons.Portanto, antes da descoberta do nutron, era necessrio admitiraexistnciadeeltronsepartculas""noncleo.Se por um lado isso era muito cmodo para explicar as emisses " " e "" detomos radiativos naturais, por outro lado verdadeirascontrovrsiassurgiamemrelaomecnicaquntica.Adescoberta do nutron veio eliminar essa incompatibilidade terica. Dapor diante, fcou estabelecido que o "NCLEO" constitudoporpartculasfundamentais: "PRTONSe NUTRONS".Na dcada de 1930, os cientistasperceberam que a energia das partculas "a" defontes radiativas era muito fraca parabombardear tomos, principalmente aqueles deelevadonmeroatmico.No restavammais dvidas: eranecessrio construiraceleradoresdepartculas,utilizando-secampos eltricosecampos magnticos. Surgiram os aceleradoresgigantescomo:Acelerador linear de Vander Graaf.radiatividade 2O cclotron idealizadoporLawrence em1931."No sero dadas as descries nem o funcionamento destes aparelhos, poisnose enquadram no nvel destecurso".Com o auxilio destes aceleradores tm-se obtido muitos elementos artifciais(muitos deles radiativos), bombardeando-se ncleos compartculas.Asprincipaispartculasutilizadassoa) partculas""defontesradiativas+24b) prtonsobtidosdehidrognioionizado+1P1c) duteronsobtidosdohidrogniodaguapesada+ id2Para representar essas reaes de transmutao, utilizaremos equaes japresentadas, onde e fundamental a igualdade algbrica para cargas e massa:Exemplo:RECAPITULEMOS AS PRINCIPAIS PARTCULAS E SUASRESPECTIVASNOTAES:1) alfa = 2 prtons +2nutrons--> +242) beta=1eltron +- 103) gama=ondaseletromagnticascurtas 0y04) neutrino=partculaneutrademassaquase desprezvel 0vestapartculasurgesomentenadesintegraodeumprtonounutron.5)prton=ncleodehidrognio+1p6) neutron=partculaneutrademassaquase igualdoprton 0n17) duteron=ncleodedeutrio(istopode hidrognio)=1prton+1neutron +1d28) psitron=partculapositivademassaigualadoeltron+1eEQUAESDETRANSMUTAONosexerccios, paracompletarasequaesdetransmutao, bastaigualaralgebricamente as cargas e as massas.Exemplo:(40) Descobrirapartculaquecompletaaseguinteequaodetransmutao:17C137 + d ------------------ l8A38 +....................Ora, sabemosqueoduteron+id2. Colocandoseus ndices:17C137 + +id2- ------------- 18A38 + . . . 0.....1.....Os ndices indicamque apartculadeveseroneutron (0n1).EXERCCIOSEm cada equao,indiquej apartcula que completa amesma:(41) 5B11+p_________________6C11+................(42) 4Be9+p ________________4Be8+................(43)13Al27 + a _________________14Si30 +...............(44)37Rb85+n_________________36Kr85+...............radiatividade 2(45)11Na23+d_________________11 Na24+............... +y(46)9F19 +n_________________ 7N16+...............(47)Br79 +n_________________ Br80+...............G FISSO NUCLEARFISSO NUCLEAREm 1932, o fsico italiano Enrico Fermiobservouque, quando os tomos sobombardeados por nutrons (ento descobertospor Chadwick), resultam tomos de ncleosradiativos.Em1934, omesmocientistabombardeou o urnio (Z=92) com nutrons,obtendo tomos radiativos. Ele imaginou quefossem tomos com nmero atmico maior que92, ou seja, um elemento "transurnico" . Noconseguiu, no entanto, es clarecer o fenmeno deum modocompleto.OttoHahneStrassmann repetiram obombardeamentodo urniocom nutronsem19 38 econstataram apresenade tomosdebriocomoprodutosdaexperincia.No mesmo ano, Lise Meitner e Frisck conseguem, ento, interpretarareferidaexperincia.O tomo de urnio-235, recebendo um "tiro" de nutron, divide-se,produzindo dois novos tomos radiativos acompanhados de alguns nutrons.A notcia da fsso nuclear foi anunciada por Niels Bohr e, em diversos pases,foram realizadas experincias anlogas, confrmando-seasseguintesconcluses:a)0 urnio-235, quando bombardeado por nutrons, sofre fsso nuclearoriginandodoistomosradiativos.b)Cada tomo fssionado produz tomos-fragmento de nmero de massaque podem variar de 72 a 158. Portanto, no se pode falarapenasnumareaodefssonuclearparaoU-235.c) Alm dos 2 tomos-fragmento, libertam-se freqentemente 2 3 nutronsem cada fsso. Em mdia temos 2,5 nutrons/fsso.d) Emcadafssoliberta-seespantosaquantidadedeenergia!Apenasparaexemplifcarpodemosequacionar:radiatividade 2Parajustifcaratremenda quantidadedeenergia libertada,era plausvelaceitara equaodeEinstein:E=c2. mA variao de energia (E) resultou da transformao de matria(m) emenergia.("c"avelocidadedaluz).Portanto, os produtos da reao tmmassa menor que os mesmoscomponentesantesdafsso.Em 1939, Fermi declarou que se poderia obter uma reao em cadeia, isto ,que os nutrons resultantes da desintegrao do U235 poderiam incidir em outrostomos de urnio vizinhos e provocar novas desintegraeseassimsucessivamente.Vemos ento a necessidade de se obter urnio, constitudo apenas de istoposU-235, para ocorrer reao em cadeia, j que o outro istopodeurnio (U-238) nofssionvel.Sabe-se que o urnio encontrado na natureza constitudo de 2istopos:U238 (com99,3%) eU235 (comapenas0,7%).Apenas o istopo mais leve fssionvel. 0 istopo U238 capaz de absorverum nutron rpido,transformando-se em U239 que, logo em seguida,se transforma em Pu"(plutnio), aps a emisso de partcula"".Como se v, bombardeando-se o urnio natural com nutrons no seproduzir reao em cadeia, pois, provavelmente , nas vizinhanas do U-235encontraremos tomos de U-238 (99,3%) que iro absorver os nutronsresultantesdafsso.0 tempo gasto para ocorrer a fsso de 2 tomos consecutivos (isto , umtomo fssiona, emite nutrons e a seguir um deles cinde o tomo vizinho) depende davelocidade do nutron inicial, mas varia em torno de 10-12 a IO-5 segundos. Portanto,aps a primeira fsso, imediatamente, teremos uma multido de tomos sedesintegrando. Isto reao em cadeia mas, possvel apenas com material fssionvelpuro(U-235).Os Estados Unidos haviam entrado na 2a. Grande Guerra, aps o bombardeiodePearlHarbor.Albert Einstein e Alexandre Sachs conseguem convencer o presidenteRoosevelt de que os E.U.U. tinham condies de produzir uma bombadeassombrosapotncia,capazdeacabarrapidamenteaguerra.Era, no entanto, necessrio um fabuloso investimento a fm de podersepararmaterialfssionvel.Nessa poca fcou descoberto que o Plutnio-239 obtido do Urnio-238tambm era material fssionvel, de potncia at maior que oU-235.Uma espantosa usina foi montada em Oak Ridge (Tennessee) e foramrealizadas diferentes tentativas para se obter material fssionvel.Lograramxitodoisprocessos:1)SeparaodoU-235peloprocessodadifusotrmica.0 urnio natural foi transformado em hexafuoreto de urnio, que umcompostogasoso.Naverdade,ogsseruma misturade molcuIasdeU235F6eU238F6 , esteltimodemassa molecular maior.DeacordocomaleideGraham paraadifusotemos:radiatividade 2Ento o U235F6, de massa molecular menor, "atravessar" mais rapidamenteuma placa porosa queoU238F6.Todavia, a execuo prtica dessa separao muito trabalhosa,pois:a) o UF6 extremamente corrosivo. Somente placas porosas de uma ligaespecial de ouro e prata (!) conseguem resistir ao corrosivadoUF6.b) Como a diferena entre as massas moleculares do U235F6 e U238F6 muitopequena, a diferena da velocidade entre essas moleculas tambm muito pequena eportanto a separao "por difuso" e muito lenta. Da a necessidade de se empregaruma srie enorme de placas porosas; (nas instalaes de Oak Ridge, se todas asplacas fossem colocadas em linha, daria um conjunto igual metade da distncia dosEstados Unidos ao Japo - e, notem, placas de liga ouro-prata!).Assim conseguiu-se obter U235F6 puro, que reagindo com clcio produziu oU235puro.2) Outro processo foi a obteno do plutnio atravs de bombardeamentodoU 238comnutrons.Naquela poca, j havia sido construda a pilha atmica, ou seja, o reatornuclear, pelo fsico Fermi. Logo aps este assunto,descreveremosessereator.Nos reatores, utilizam-se barras de urnio de composio natural (99,3% U-238e0,7%U-235).Aps algum tempo, estas barras apresentam um certo teor de Plutnio, comomaterial resultante do bombardeamento do U-238 por nutrons .Conseguiu-sesepararaprecivelquantidadedeplutnio.EstariaprontaaBOMBAATMICA. Comodeton-la?Cuidadosas experincias concluram que,para produzir "reao em cadeia",bastava apenas aglomerar certa massa de material fssionvel, pois nutrons livresexistem em qualquer parte. (0 nutron umdosconstituintesderaios csmicos).Existe ento uma massa mnima acima da qual o material detona.Essamassadenominada massacrtica.Quando o material fssionvel tem massa menor que a critica, os nutronsresultantes da primeira fsso escapam do material e no seprocessaareaoemcadeia. verdade que nem todos os nutronsescapam naprtica.Pode-se usar determinada massa (abaixo da crtica) de modo que, para cadafsso, um nutron escape e o outro produza nova fsso; a resultando dois nutrons,um escapa e o outro produz nova fsso e assim sucessivamente.Sendo assim, se foram incididos x nutrons iniciais, a qualquer instantetemos x nutrons em movimento dentro do material. Dizemos a que o fator demultiplicidade 1.RESUMO:- Se o fator de multiplicao < 1 estancaareao.- Se o fator de multiplicao = 1 reao ocorre, no em cadeia ( ocasodoreatoratmico) .- Se o fator de multiplicao > 1 reao em cadeia (detona a Bomba).A bomba possua duas pores de U-235 puro com massas menores que amassa crtica e previamente possuindo nutrons em movimento comfatordemultiplicao1.radiatividade 2Acionado o detonador, iria primeiro explodir a carga de T.N.T. Isto iriaempurrar o U-235 contra a outra poro e a unio dessas massas ultrapassaria amassa crtica. Da, imediatamente a reao emcadeia'!.A bomba atmica experimental foi detonada a 16 de julho de 1945, no desertodo Novo Mxico, confrmando as previses de potncia da mesma.A 6 de agosto do mesmo ano foi detonadasobre acidade deHiroshima(Japo)umabomba deU-235contendoalgunsquilogramasdessematerial.Foi tremenda a destruio causada pelabomba, que foi avaliada com potncia de 20kilotons, ou seja, 20.000 toneladas de T.N.T.(equivalentea 2000 caminhes de T.N.T.)Podemos classifcar em quatro, os efeitosmortferos dabomba.a) A bomba explodiu a cerca de 300 m dealtitude, varrendo uma vasta rea com osfulminantes raios-gama .b ) 0 calor libertado incendiouimediatamente todos os materiais combustveisda cidade.Por causa do tremendo calor, formou-se imediatamente uma corrente deconveco, elevando p e produtos radiativos resultantes da exploso.ocogumelocaractersticodeumaexplosonuclear.c) A detonao produziu fortssima onda de choque (deslocamentodoar.),quedestruiumecanicamenteextensa rea.d) Porfm,opiordeles:apoeiraradiativa;Sendo os materiais mais densos que o ar, pouco a pouco vo-se precipitando,contaminando de radiatividade uma extensobemmaior.As clulas humanas no suportam excessiva radiatividade.Na poeiraradiativa temos os produtos da fsso, principalmente Brio eCriptnioradiativos .Esta bomba causou cerca de 80.000 vtimas civis (homens, mulheres,crianas),comdestruiototaldacidade.Pela primeira vez na Histria, registrou-se tamanho fenmeno catastrfco.Dois dias depois, outra bomba de potncia equivalente foi detonada sobre acidade de Nagasaki. Desta vez a bomba era de Plutnio.Aosquinzedeagosto, terminavaaGuerranoPacfco.REATORNUCLEARPoroutroLado,aenergianuclearpropunhaperpectivasde grandesbenefcioshumanidade.A2dedezembrode19 42,EnricoFermianunciavaofuncionamentodaprimeirapilhanuclear.Imaginemosumabarradeurnionatural.AmaiorpartedeseustomoseoU-238, que _absorvedordenutrons .Os tomos U-238 absorvem os nutrons e a reao se estanca, mesmo_quando se bombardeia um tomo deU-235.Se utilizarmos cilindros fnos de urnio, mesmo aps a desintegrao do U-235 no haver chance de o U-238 absorver os nutrons resultantes,porqueantesdacolisoonutronescapadomaterial.Pelo contrrio, se o cilindrotivesse dimetro maior, ento, os nutronsresultantes seriam captadospeloU-238.Fermi pensou tambm: "Seria bom se consegussemos um material capaz decausar refexo dos nutrons, fazendo-os voltar.'" Mas ainda; nestahiptese, osnutronsseriamcaptadospeloU-238.Acontece que o U-238 s absorve nutrons acelerados e, se se pudessemoderar a velocidade desses nutrons,eles no seriam absorvi dospeloU-2 38eentopoderiamfssionaroutrostomosdeU-2 35.Aps demoradas pesquisas, descobriu-se que a grafte ao mesmo temporefetor e_ moderador de nutrons. Colocando-se uma barra deurnionumtijolodegrafte,pode-sedarcontinuidade de reao.radiatividade 2Os nutrons resultantes da ciso do U-235 escapam da barra de urnioatingindo tomos de carbono (grafte). Um tomo de carbono absorve o nutron mas,logo depois (cerca de 12 segundos aps) devolve o nutron com velocidade jmoderada. Aps alguns choques com os tomos de grafte, os nutrons podem voltar barra de urnio . Sua velocidade no permite a absoro pelo U-2 38 mas, ainda capaz decindirtomosdeU-235.Como cad