Questão 11.0 -
0 Núcleo atômico é formado por nêutrons e protons e alguns átomos são instáveis e sofrem decaimento radiativo ao longo do tempo. Cite dois exemplos distintos de aplicação de materiais radioativos (com as respectivas reações nucleares balanceadas) e os relacione com alguma das propriedades características de uma reação nuclear.
0 Núcleo atômico é formado por nêutrons e protons e alguns átomos são instáveis e sofrem decaimento radiativo ao longo do tempo. Cite dois exemplos distintos de aplicação de materiais radioativos (com as respectivas reações nucleares balanceadas) e os relacione com alguma das propriedades características de uma reação nuclear.
Passo 1
O enunciado pede que eu apresente dois exemplos distintos de aplicação de materiais radioativos, colocando para cada um a reação nuclear balanceada e relacionando essa aplicação com alguma propriedade característica de uma reação nuclear.
Informações relevantes fornecidas ou implícitas no enunciado:
Informações relevantes fornecidas ou implícitas no enunciado:
- Núcleo atômico é formado por nêutrons e prótons.
- Alguns átomos são instáveis e sofrem decaimento radiativo ao longo do tempo.
- Preciso dar duas aplicações distintas, cada uma com a reação nuclear balanceada, e ligar cada aplicação a uma propriedade de reação nuclear (por exemplo: conservação de massa/número atômico, transmutação, emissão de partículas, energia liberada, meia-vida, etc.).
Passo 2
Antes de montar e balancear reações: entenda a notação e as regras básicas que eu vou usar (explico devagar para você conseguir reproduzir na prova).
-
Notação de isótopo: escrevemos um núcleo como
, onde: -
é o número de massa (A) = número total de nêutrons + prótons. -
é o número atômico (Z) = número de prótons (que define o elemento químico). - Ex.:
tem e ; logo tem nêutrons.
-
-
Partículas comuns em decaimento:
- Alfa:
(ou ), tem , . - Beta menos:
(ou ), carga , (próton aumenta, nêutron vira próton). - Beta mais (positron):
(ou ), carga , (próton vira nêutron). - Nêutron livre:
, com , . - Gama:
, sem massa nem carga (energia emitida). - Neutrino (ou antineutrino):
ou , , carga .
- Alfa:
-
Regras de balanceamento que sempre valem (propriedades características):
- Conservação do número de massa: a soma de
antes = soma de depois. - Conservação da carga (número atômico): a soma de
antes = soma de depois. - Transmutação: um elemento pode virar outro (mudança de
) por emissão de partículas. - Energia: reações nucleares envolvem diferenças de massa (defeito de massa) que se convertem em energia segundo
onde é a massa perdida e é a velocidade da luz. - Meia-vida: decaimentos ocorrem de forma estatística, com uma meia-vida característica do radionuclídeo.
- Conservação do número de massa: a soma de
Vou aplicar essas regras passo a passo em dois exemplos reais.
Passo 3
Exemplo 1 — aplicação médica: PET (tomografia por emissão de positrões) usando
marcado em uma substância (fluordesoxiglicose, FDG). Primeiro escrevo a reação de decaimento do
. A desintegração típica é por emissão de positron (decadência
):
Agora verifico o balanceamento usando as regras:
- Soma dos números de massa:
. - Soma das cargas (números atômicos):
.
Logo a reação está balanceada.
Explicação didática da aplicação:
- O
emite um positron ( ). Esse positron, ao encontrar um elétron do material biológico, aniquila-se e produz dois fótons gama de cada um, emitidos em direções opostas. Os detectores do PET captam esses pares de fótons e, por coincidência, localizam onde ocorreu a aniquilação — isso permite mapear metabolicamente tecidos (ex.: detectar tumores). - Propriedade de reação nuclear relacionada: conservação de
e (mostrada no balanceamento) e a emissão de partículas ( ) que causa transmutação do elemento ( ). Além disso, o uso clínico explora a meia-vida finita do (próximo de minutos) — tempo suficiente para imagem, mas curto o bastante para reduzir dose ao paciente.
Passo 4
Exemplo 2 — aplicação prática/industrial: detector de fumaça que usa
(amerício-241), cuja principal via de decaimento é por emissão alfa. Escrevo a reação de decaimento alfa:
Checo o balanceamento:
- Soma de
: . - Soma de
: .
Está balanceada.
Explicação didática da aplicação:
- O
emite partículas alfa que ionizam o ar próximo à fonte. Num detector de fumaça do tipo iônico, há uma corrente elétrica entre duas placas alimentada por essa ionização. Quando partículas de fumaça entram na câmara, reduzem a corrente ao recombinar íons e assim o circuito detecta a queda de corrente e dispara o alarme. - Propriedade de reação nuclear relacionada: emissão de partículas pesadas (
com , ) e transmutação ( ). Também aqui vale conservação de e . A escolha da emissão alfa é prática: partículas alfa têm grande capacidade de ionização (útil para o funcionamento do detector) mas baixa penetração (segurança relativa se devidamente encapsulado). A longa meia-vida do (~séculos) torna-o útil em detectores de longa duração.
Passo 5
Mostrando explicitamente como usar as regras para balancear qualquer reação simples — passo a passo para você copiar na prova:
- Escreva o núcleo inicial com
. - Escreva os produtos possíveis (núcleo filho e partículas emitidas). As partículas têm
conhecidos: é , e têm e respectivamente, é . - Some os
do lado esquerdo e do lado direito; ajuste coeficientes (raramente necessários em decaimentos simples) para igualar. - Some os
do lado esquerdo e direito e verifique. - Se ambos baterem, a reação está balanceada — e você pode citar qual propriedade foi usada (conservação de massa/número atômico).
Exemplo rápido (repetindo os cheques já feitos):
- Para
: ; . - Para
: ; .
Passo 6
Conexão com a energia das reações (importante para a prova):
- Reações nucleares geralmente liberam ou absorvem energia devido ao defeito de massa: a massa dos produtos pode ser menor que a massa dos reagentes; essa diferença
aparece como energia pelo famoso:
onde
está em unidades de massa e
é a velocidade da luz (
).
- No caso do PET, a energia aparece na forma de fótons de aniquilação (cada fóton de
). No caso do decaimento alfa do , as partículas alfa saem com energias típicas de alguns MeV — essa energia é que permite ionização do ar no detector. - Em provas, quando pedirem para relacionar reações nucleares com energia, cite
e explique qualitativamente que pequenas diferenças de massa correspondem a grandes quantidades de energia.
Passo 7
Observações práticas para a prova (dicas que dão confiança):
- Sempre que escrever isótopos ou partículas, use a notação
e verifique e . - Ao descrever uma aplicação, foque em como a propriedade nuclear (tipo de emissão, meia-vida, energia liberada) torna aquele radionuclídeo adequado para a aplicação.
- Se pedirem para justificar a escolha, cite conservação de
e , tipo de radiação (alfa, beta, gama) e meia-vida. - Respire fundo: na prova, escrever os cheques de
e já garante boa parte dos pontos quando pedem reações balanceadas.
Resposta
Aplicação 1 — PET (marcador
):
Propriedade relacionada: conservação do número de massa e do número atômico (transmutação
) e emissão de positrões que levam à produção de fótons detectáveis (explora meia-vida característica).
Aplicação 2 — Detector de fumaça (fonte
):
Propriedade relacionada: emissão de partículas alfa (alta capacidade de ionização) e conservação de
e
(transmutação
); meia-vida longa torna a fonte adequada para uso duradouro.