O Estudo Dirigido Biofísica

Estudo dirigido de Biofísica, para P2.

Aula 8. - Radioatividade

1. Quais os tipos de força que estão em jogo no núcleo de um átomo? Elas se equilibram naturalmente? Sempre?

Resposta: Dois tipos de forças. A força de repulsão entre os prótons e a força de atração nuclear. Elas se equilibram sempre em alguns elementos, mas nem sempre em outros.

1. O que é  a radioatividade?

Resposta: Radioatividade consiste na emissão espontânea de partículas (alfa e beta) ou energia gama pelo núcleo de um átomo devido ao desequilíbrio entre as forças presentes no núcleo atômico.

1. Explique como surge a radioatividade?

Resposta: No núcleo, os prótons, carregados positivamente, são mantidos juntos com os nêutrons. Essa união se deve ao equilíbrio entre a força de repulsão entre eles e a força de atração nuclear. Quando, por alguma razão, esse equilíbrio é quebrado, o núcleo do átomo emite uma considerável quantidade de energia na forma de partículas aceleradas ou de onda eletromagnética. Tem-se, então, o fenômeno da radioatividade. Sendo assim, a radioatividade é apresentada por aqueles elementos cujos núcleos muito energéticos se tornam instáveis por causa do excesso de partículas ou de cargas. Sob tais circunstâncias de instabilidade, esses núcleos buscam estabilidade.

 Por isso que os elementos que apresentam isótopos são fortes candidatos a se incluírem entre aqueles radioativos. Um átomo pode roubar elétrons de seu isótopo para tentar se estabilizar, tornando esse isótopo, um átomo instável, quebrando o equilíbrio que existia entre as forças de atração e repulsão presente no núcleo. Esse isótopo, por ter perdido elétrons, tem no seu núcleo, um excesso de carga positiva, o que faz esse núcleo emitir energia devido a aceleração das suas partículas.

1. Defina resumidamente radioatividade e diga por que é dita um fenômeno nuclear.

Resposta: A radioatividade é a emissão espontânea de partículas carregadas ou de radiação eletromagnética pelos átomos de alguns elementos. Ela ocorre, naturalmente ou artificialmente, quando se rompe, dentro do núcleo dos átomos, o equilíbrio entre as forças de repulsão entre os prótons e a força de atração nuclear. É um fenômeno nuclear, porque ele se origina no núcleo dos átomos de um elemento.

1. O que são Isótopos? Quantos tipos de isótopos existem?

Resposta: São átomos de um mesmo elemento químico, cujos núcleos têm diferentes quantidades de nêutrons. Existem dois tipos. Os estáveis, cujos núcleos não emitem energia e nem partículas de forma espontânea. E os instáveis, cujos núcleos emitem espontaneamente partículas ou energia. São denominam Radioisótopos. Podem emitir partículas alfa e beta ou radiação gama.

1. Como se explica a estabilidade dos núcleos atômicos? Qual fenômeno ocorre quando essa estabilidade é rompida? Discuta as diferenças entre os tipos de radiação alfa e beta. (AP2 2006-1)

Resposta: Quando as forças presentes no núcleo atômico são desequilibradas, o átomo se torna instável. O átomo instável de um elemento radioativo, para atingir um estado mais estável, pode emitir partícula beta, partículas alfa ou radiação gama.

• Partículas alfa → o átomo ejeta do seu núcleo uma partícula chamada alfa, constituída de dois prótons e dois nêutrons. A emissão de uma partícula alfa, acontece em elementos muito pesados, como o urânio, o tório e o rádio. Os núcleos de seus átomos têm muito mais nêutrons do que prótons. Com a emissão de uma partícula alfa, o átomo perde dois prótons e dois nêutrons, transformando-se em outro elemento mais leve. Em razão de sua massa e carga, as partículas alfa emitidas interagem fortemente com a matéria que elas encontram à sua frente – mesmo com o ar – produzindo ionização (remoção de elétrons) em distâncias curtas.

Isso quer dizer que as partículas alfa possuem uma grande capacidade de choque, colidem fortemente com a matéria e perdem energia rapidamente. Seu poder de penetração, ou alcance, é muito pequeno, o que leva essas emissões a serem bloqueadas por uma folha de papel ou papelão, assim como pelas camadas mais superficiais da pele. Por esta razão, as radiações alfa não são usadas em radioterapia.

• Partículas beta → Para alcançar a estabilidade, um átomo também pode emitir radiação beta, que consiste na emissão de elétrons. Essa emissão resulta da transformação de um nêutron num próton, quando existe um excesso de nêutrons em relação a prótons. Quando no núcleo existe um excesso de prótons em relação a nêutrons, a estabilização se dá pela emissão de uma partícula positiva de massa igual ao do elétron, chamada pósitron ou beta +, pela conversão de um próton em um nêutron.  TUTORIA EXPLICA MELHOR PLATAFORMA.

Nas radiações BETA, o elétron (ou o pósitron) é sempre acompanhado de uma outra partícula, chamada neutrino, que não tem carga e cuja massa é muito pequena.  Assim como nas radiações alfa, na emissão beta, com a transformação de próton em nêutron, verifica-se o decaimento para outro elemento de número atômico mais baixo. Por exemplo, o berílio 7, pela emissão de pósitron, decai no lítio 7.

As partículas beta são mais penetrantes, isto é, têm alcance maior do que as partículas a . Por serem menores, reduz-se a probabilidade de se chocarem com os átomos do meio. As partículas beta conseguem penetrar até a camada seminal da pele, ou de um a dois centímetros na água, mas são totalmente absorvidas por uma folha de alumínio de alguns milímetros de espessura.

• Radiação gama → Quando, após uma emissão alfa ou beta, átomo ainda está com excesso de energia, este excesso é liberado na forma de uma onda eletromagnética, o raio gama. A radiação gama é energia eletromagnética, e portanto sem carga elétrica.

Devido a suas altas energias, a radiação gama é fortemente ionizante. Tem um grande poder de penetração, bem maior que o das outras duas. Um raio gama atravessa facilmente o corpo humano, bem como uma espessa camada de água, conseguindo até mesmo uma penetração considerável numa parede de concreto.

1. O que significa alcance de uma partícula?

Resposta: O alcance, ou poder de penetração, da partícula alfa é a distância que ela atinge até parar, perdendo toda a energia. Ele depende basicamente de dois fatores: da energia com que a partícula é emitida e da densidade do meio ou do material com o qual ela interage. Assim, para partículas de dada energia, o alcance será tanto menor quanto maior for a densidade do material que elas encontrarem em sua trajetória.

1. Como você explica o fato de os átomos dos elementos que apresentam isótopos serem fortes candidatos a apresentarem fenômenos radioativos?

Resposta: O núcleo atômico é fortemente agregado pela força nuclear. Quando um ou mais neutrons são incluídos no núcleo, mantendo-se o número atômico( isótopos), tem-se uma diminuição na energia de empacotamento nuclear, o que acaba decaindo por outro tipo de força- a força nuclear fraca, representada pela radioatividade. Dependendo da forma como o núcleo precisa decair para alcançar a estabilidade, ele gerará partículas ( alfa e beta) acompanhadas ou não de radiação eletromagnética (raios gama).