Decadência radioativa

A decadência radioativa acontece com alguns elementos químicos. A maioria dos elementos químicos é estável. Os elementos químicos são feitos de átomos. Em elementos estáveis, o átomo permanece o mesmo. Mesmo em uma reação química, os átomos em si não mudam nunca.

No século XIX, Henri Becquerel descobriu que alguns elementos químicos têm átomos que mudam. Em 1898, Marie e Pierre Curie chamaram este fenômeno de decadência radioativa. Becquerel e os Curies receberam o Prêmio Nobel de Física por esta descoberta, em 1903.

O símbolo do trifólio é usado para indicar material radioativo.
O símbolo do trifólio é usado para indicar material radioativo.

Exemplo

A maioria dos átomos de carbono tem seis prótons e seis nêutrons em seu núcleo. Este carbono é chamado carbono-12s (seis prótons + seis nêutrons = 12). Seu peso atômico é 12. Se um átomo de carbono tem mais dois nêutrons, ele é o carbono 14. O carbono-14 age quimicamente como outro carbono, porque são os seis prótons e seis elétrons que governam suas propriedades químicas. Na verdade, o carbono-14 existe em todos os seres vivos; todas as plantas e animais contêm carbono-14. Entretanto, o carbono-14 é radioativo. Ele se decompõe por decaimento beta para se tornar nitrogênio-14. O carbono-14, nas pequenas quantidades encontradas sobre nós na natureza, é inofensivo. Na arqueologia, este tipo de carbono é usado para determinar a idade da madeira e de outros seres vivos anteriormente. O método é chamado de datação por radiocarbono.

Diferentes tipos de decadência

Ernest Rutherford descobriu que existem diferentes maneiras pelas quais estas partículas penetram na matéria. Ele encontrou dois tipos diferentes, que ele chamou de decadência alfa e decadência beta. Paul Villard descobriu um terceiro tipo em 1900. Rutherford chamou-o de decadência gama, em 1903.

A mudança do carbono-14 radioativo para o nitrogênio-14 estável é um decaimento radioativo. Ela acontece quando o átomo emite uma partícula alfa. Uma partícula alfa é um pulso de energia como um elétron ou positron deixa o núcleo.

Outros tipos de decadência foram descobertos mais tarde. Os tipos de decadência são diferentes uns dos outros porque diferentes tipos de decadência produzem diferentes tipos de partículas. O núcleo radioativo inicial é chamado de núcleo pai e o núcleo em que se transforma é chamado de núcleo filha. As partículas de alta energia produzidas por materiais radioativos são chamadas de radiação.

Estes vários tipos de decadência podem acontecer sequencialmente em uma "cadeia de decadência". Um tipo de núcleo decai para outro tipo, que decai novamente para outro e assim por diante até se tornar um isótopo estável e a cadeia chegar ao fim.

Velocidade de decadência

A velocidade em que esta mudança acontece é diferente para cada elemento. A decadência radioativa é governada pelo acaso: O tempo que leva, em média, para a metade dos átomos de uma substância mudar, é chamado de meia-vida. A taxa é dada por uma função exponencial. Como exemplo, o iodo (131I) tem uma meia-vida de cerca de 8 dias. A do plutônio varia entre 4 horas (243Pu) e 80 milhões de anos (244Pu).

Transformações nucleares e energia

A decadência radioativa transforma um átomo de um que tem maior energia dentro de seu núcleo em um com menor energia. A mudança de energia do núcleo é dada às partículas que são criadas. A energia liberada pelo decaimento radioativo pode ser levada por uma radiação eletromagnética de raios gama (um tipo de luz), uma partícula beta ou uma partícula alfa. Em todos esses casos, a mudança de energia do núcleo é transportada. E em todos esses casos, o número total de cargas positivas e negativas dos prótons e elétrons do átomo somam a zero antes e depois da mudança.

Decadência Alfa

Durante a decomposição alfa, o núcleo atômico libera uma partícula alfa. A decadência alfa faz com que o núcleo perca dois prótons e dois nêutrons. A decomposição alfa faz com que o átomo se transforme em outro elemento, porque o átomo perde dois prótons (e dois elétrons). Por exemplo, se o Americium passasse pela decadência alfa, ele se transformaria em Neptúnio porque o Neptúnio é definido por ter dois prótons a menos do que o Americium. A decadência alfa geralmente acontece nos elementos mais pesados, tais como urânio, tório, plutônio e rádio.

As partículas alfa não podem sequer passar por alguns centímetros de ar. A radiação alfa não pode ferir os humanos quando a fonte de radiação alfa está fora do corpo humano, porque a pele humana não deixa as partículas alfa passarem. A radiação alfa pode ser muito prejudicial se a fonte estiver dentro do corpo, tal como quando as pessoas respiram poeira ou gás contendo materiais que se decompõem ao emitir partículas alfa (radiação).

Decadência Beta

Há dois tipos de decadência beta, beta-plus e beta-minus.

Na decadência beta-minus, o núcleo emite um elétron com carga negativa e um nêutron se transforma em um próton:

n 0 → p + + e - + ν ¯ e ¯ e ¯displaystyle n^{0}{0}rightarrow p^{+}+e^{-}+bar ^{\i}_{e}} {\displaystyle n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}.

onde

n 0 {\i1} {\displaystyle n^{0}}é o nêutron

  p + estilo de exibição p^{+}{\displaystyle \ p^{+}} é o próton

e - e^{-}{\displaystyle e^{-}} é o elétron

ν ¯ e ¯ e ¯displaystyle ¯bar ¯nu ¯ {\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}}é o anti-neutrino

A decadência Beta-minus acontece em reatores nucleares.

Na decadência beta-plus, o núcleo libera um positron, que é como um elétron, mas é carregado positivamente, e um próton se transforma em um nêutron:

  p + → n 0 + e + + + ν e {\i1}displaystyle ^{+}}rightarrow n^{0}+e^{+}+{\i}_{e}} {\displaystyle \ p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}+{\nu }_{e}}.

onde

  p + estilo de exibição p^{+}{\displaystyle \ p^{+}} é o próton

n 0 {\i1} {\displaystyle n^{0}}é o nêutron

e + ^{\i1}{\displaystyle e^{+}} é o positron

ν e {\i1} e {\i1} {\displaystyle {\nu }_{e}}é o neutrino

A decomposição Beta-plus acontece dentro do sol e em alguns tipos de aceleradores de partículas.

Decadência Gamma

A decomposição gama acontece quando um núcleo produz um pacote de energia de alta energia chamado de raio gama. Os raios gama não têm carga elétrica, mas eles têm um momento angular. Os raios gama são geralmente emitidos dos núcleos logo após outros tipos de decaimento. Os raios gama podem ser usados para ver através do material, para matar bactérias nos alimentos, para encontrar alguns tipos de doenças e para tratar alguns tipos de câncer. Os raios gama têm a maior energia de qualquer onda eletromagnética, e as rajadas de raios gama do espaço são as liberações de energia mais energéticas conhecidas.


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