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terça-feira, 26 de agosto de 2014

MEIA-VIDA (ENEM)

A meia-vida de um elemento radioativo consiste no tempo em que uma amostra desse elemento leva para reduzir-se à metade.

A meia vida de um elemento radioativo é o intervalo de tempo em que uma amostra deste elemento se reduz à metade. Este intervalo de tempo também é chamado de período de semidesintegração.


À medida que os elementos radioativos vão se desintegrando, no decorrer do tempo, a sua quantidade e atividade vão reduzindo e, por consequência, a quantidade de energia emitida por ele, em razão da radioatividade, também é reduzida.


Uma característica interessante dos elementos radioativos é que em virtude da desintegração que eles sofrem, a massa que eles possuem é reduzida; nos períodos de semidesintegração, a massa é reduzida pela metade, deixando ainda a outra metade por se desintegrar, que também passará pelo período de semidesintegração e assim sucessivamente. E este processo vai acontecendo repetidamente de tal forma que a massa é reduzida, mas nunca chega a ser zero.

Relação massa – meia-vida
M = massa residual (kg)
Mo = massa inicial (kg)
X = quantidade de meias-vidas


A expressão citada anteriormente permite-nos perceber que os elementos radioativos duram eternamente.
Quando um radionuclídeo emite partículas alfa ou beta, ele se transforma, como sabemos, em outro nuclídeo diferente. Assim, à medida que o tempo passa, a quantidade de radionuclídeo vai diminuindo.
Tempo de meia-vida ou período de semidesintegração (representado por t1/2 ou P) é o tempo necessário para que metade da quantidade de um radionuclídeo presente em uma amostra sofra decaimento radioativo.
Quando a massa de um radioisótopo se reduz à metade, também se reduzem à metade o número de átomos, a quantidade em mols e a atividade radioativa (desintegrações por segundo) desse radioisótopo.
O tempo de meia-vida é uma característica de cada radionuclídeo e não depende da quantidade inicial do radionuclídeo nem de fatores como pressão, temperatura e composição química do material (lembre-se de que radioatividade é um fenômeno nuclear, e não químico).
Graficamente, podemos representar o processo de decaimento radioativo através da chamada curva exponencial de decaimento:
A meia-vida é um conceito usado para determinar a desintegração de radioisótopos

Aplicação da radioatividade

Método da datação com carbono-14

Na natureza existem três isótopos do carbono: o C12, com abundância de 98,9%, o C13, com abundância de 1,1%, e o C14, com abundância de 0,000001%.
O menos abundante deles, o carbono-14, é radioativo; ele emite partículas beta. Dizer que o teor de carbono-14 é 0,000001% equivale a dizer que em cada bilhão (IO9) de átomos de carbono, dez são de carbono-14. Isso é o mesmo que dizer que há 10 ppb (ou seja, 10 partes por bilhão) de carbono-14.
Esse isótopo forma-se na alta atmosfera, onde continuamente está ocorrendo uma transmutação nuclear causada pela colisão de nêutrons cósmicos (vindos do espaço) com átomos de nitrogênio do ar:
O carbono-14 formado incorpora-se à atmosfera na forma de C02. Por meio da fotossíntese, processo que utiliza C02 da atmosfera, esses átomos de carbono-14 passam a fazer parte dos seres vivos fotossintetizantes e, através das cadeias alimentares, também dos demais seres vivos.
Os cientistas descobriram que, com a mesma velocidade com que o carbono-14 se forma na alta atmosfera, ele se desintegra por meio de decaimento beta:
Desse modo, como ele se forma e se desintegra com a mesma velocidade, sua porcentagem no planeta permanece constante, sendo exatamente a mesma na atmosfera e em todos os seres vivos (10 ppb).
Ao examinar múmias, fósseis, ossos, pergaminhos e outros achados arqueológicos compostos por restos de antigos seres vivos, os cientistas encontraram neles teores de carbono-14 inferiores a 10 ppb, o que se deve ao decaimento p ocorrido durante os anos que se passaram desde a morte do ser vivo.
Isso torna possível, uma vez determinada a porcentagem de carbono-14 na amostra, calcular a sua idade, consultando a curva de decaimento radioativo. Esse processo é o método da datação pelo carbono-14.

Fissão nuclear

Alguns anos antes da Segunda Guerra Mundial, vários grupos de pesquisadores tentavam obter novos elementos químicos, com Z>92, bom-bardeando o urânio com nêutrons. Em janeiro de 1939, os alemães Otto Hahn e Fritz Strassman anunciaram a presença de bário, lantânio e criptônio numa amostra de urânio bombardeada com nêutrons. Nos meses que se seguiram, esse processo passou a ser mais bem compreendido e chamado de fissão nuclear.
Fissão nuclear é o processo de quebra de núcleos grandes em núcleos menores, liberando uma grande quantidade de energia.
O nêutron, ao atingir um núcleo de urânio, provoca sua quebra em dois núcleos menores e a liberação de mais nêutrons que, por sua vez, irão atingir outros núcleos e provocar novas quebras. E uma reação em cadeia, análoga ao início de uma epidemia de gripe: uma pessoa transmite o vírus para duas, que o transmitem para quatro, daí para oito, e assim por diante.
Quando um átomo de urânio-235 sofre fissão, vários produtos podem se formar.
A energia liberada na reação de fissão do urânio-235 é muito grande, muito maior do que aquela envolvida em reações químicas como, por exemplo, uma combustão.
Pelos dados da tabela 4 é possível calcular que 1 g de urânio-235 equivale, sob o ponto de vista energético, a cerca de trinta toneladas do explosivo TNT!

O reator nuclear

Antes mesmo de se construir a primeira bomba atômica, o italiano Enrico Fermi e sua equipe já haviam construído, em 1942, na Universidade de Chicago, o primeiro reator nuclear. Esse reator tinha a finalidade de executar em laboratório a fissão nuclear para que se pudesse compreendê-la melhor, a fim de aproveitá-la como fonte de energia.
A versão moderna do reator de Fermi são as usinas nucleares, ou termonucleares, onde a fissão nuclear ocorre de modo controlado e a energia liberada é aproveitada para a produção de energia elétrica.
Os principais componentes de um reator nuclear são:
  • material físsil, que pode ser urânio-235 (natural), urânio-233 ou plutônio-239 (artificiais);
  • fluido trocador de calor;
  • moderador (grafite ou água), que serve para diminuir a velocidade dos nêutrons, o que torna a reação possível (neutrons rápidos não são eficientes para provocar a fissão);
  • barras de controle (cádmio ou boro), que absorvem nêutrons e servem para evitar que a reação saia de controle, superaquecendo o reator.
  • No chamado reator de água pressurizada, ou PWR (pressurized water reactor), como o da usina Angra I (em Angra dos Reis, RJ), o calor liberado na fissão aquece a água (mantida a alta pressão) que está em contato com o material físsil. Esta, por sua vez, aquece uma outra porção de água que entra em ebulição. O vapor produzido gira uma turbina, cujo eixo se liga a um gerador elétrico, o qual, por sua vez, transforma a energia do movimento em energia elétrica. Nesse tipo de reator, ilustrado a seguir, a água funciona como fluido trocador de calor e também como moderador dos nêutrons. Já no chamado reator de água fervente, ou BWR (boiling water reactor), vapor de água formado pelo aquecimento direto da água em contato com o material físsil é usado para girar a turbina.

    O lixo nuclear

    Nos produtos da fissão do urânio-235 já foram identificados mais de duzentos isótopos pertencentes a 35 elementos diferentes. Muitos deles emitem αβ e γ, representando um risco à população e necessitando, portanto, ser armazenados em recipientes de chumbo e/ou concreto e guardados em locais seguros por tempo suficiente para que a radiação caia a níveis não-prejudiciais.
    Dentre os muitos nuclídeos presentes no lixo nuclear podemos destacar três bastante perigosos para o ser humano, estrôncio-90, iodo-131 e césio-137.

    Fusão nuclear

    Muitas pessoas dizem que o Sol é uma bola de fogo. 0 que estará queimando lá, então? Na verdade nada está queimando. No Sol, bem como em outras estrelas, está ocorrendo um processo denominado "fusão nuclear".
    Fusão nuclear é a junção de núcleos pequenos formando núcleos maiores e liberando uma quantidade muito grande de energia.
    Para ocorrer fusão nuclear é necessária uma temperatura muito elevada, pelo menos da ordem de 10 milhões de graus Celsius. O Sol é uma imensa bola de hidrogênio onde a temperatura é suficiente para que ocorra a fusão dos átomos de hidrogênio, formando átomos mais pesados e liberando a energia que chega até nós na forma de luz e calor. Uma das reações que acontecem no Sol é:
    A energia liberada na reação de fusão é bem maior do que na fissão nuclear. Aproveitar a energia da fusão nuclear em usinas seria extremamente vantajoso, pois o hidrogênio pode ser obtido a partir da água do mar a baixo custo, o rendimento energético da fusão é alto e o lixo resultante é bem menos perigoso que o lixo da fissão, contendo apenas um nuclídeo radioativo, o trítio H. No entanto, ainda não foi desenvolvida tecnologia para o aproveitamento controlado da energia liberada na fusão.
    Fusão nuclear é a reação que ocorre quando uma bomba de hidrogênio (bomba H) explode. No entanto, para que a fusão ocorra, é necessária uma altíssima temperatura, que é conseguida através da explosão de uma bomba atômica, que funciona como detonador da bomba H.
    Bomba de hidrogênio soviética com potência equivalente a 50 megatons de TNT e pesando 27 toneladas é exposta no museu de Chelyabnsk
    “Little Boy”, a bomba atômica que foi lançada em Hiroshima em 1945
    Estima-se que mais de duzentas explosões nucleares já aconteceram por todo o planeta, como parte dos chamados testes nucleares. 
    A poeira e as cinzas lançadas na atmosfera sob a forma de "cogumelo atômico" podem subir além da camada das nuvens e, dessa maneira, permanecer meses em suspensão antes de descer sob a ação do próprio peso. 

    Peruzzo, F. M., & Canto, E. L. (2003). Radioatividade: fenômeno de origem nuclear. In: F. M. Peruzzo, & E. L. Canto, QUÍMICA na Abrodagem do Cotidiano (3ª ed., Vol. 2, p. 344). São Paulo: Moderna.
    http://quimicasemsegredos.com/radioatividade-parte2.php

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