Natureza das reações nucleares

RADIOATIVIDADE

Introdução

A química nuclear é o estudo das reações que envolvem transformações no núcleo atômico. Este ramo da Química nasceu com a descoberta da radioatividade natural por Antoine Becquerel e cresceu em resultado das investigações subsequentes de Pierre e Marie Curie e muitos outros.

Hoje em dia a química nuclear é frequentemente objeto de notícia. Para além das aplicações no fabrico de bombas atômicas, bombas de hidrogênio e bombas de neutrons até a utilização pacífica da energia nuclear se tornou controversa, como ficou evidenciado pêlos acidentes nas instalações nucleares de Three Mile Island e Chernobyl.

2-Natureza das Reações Nucleares

Com exceção do hidrogênio, ( ), todos os núcleos contêm duas espécies de partículas fundamentais, os protons e os nêutrons. Alguns núcleos são instáveis; emitem espontaneamente partículas e/ou radiação eletromag¬nética. A este fenômeno chama-se radioatividade. Todos os elementos que têm um número atômico superior a 83 são radioativos. Por exemplo, o isótopo do polônio, , decai espontaneamente para emitindo uma partícula .

Os núcleos também podem sofrer transformações ao serem bombardeados por nêutrons, elétrons e por outros núcleos. Este processo é conhecido por transmutação nuclear. Um exemplo de transmutação nuclear é a conversão do atmosférico em e , em resultado da captura de um nêutron (do Sol) pelo isótopo de nitrogênio. Alguns casos sintetizam-se elementos mais pesados a partir de elementos mais leves. Este tipo de transmutação ocorre naturalmente no espaço exterior, mas pode também ser obtido artificial¬mente.

O decaimento radioativo e a transmutação nuclear são reacções nu¬cleares. Como os exemplos acima ilustram, as reações nucleares diferem significativamente das reações químicas comuns. A Tabela 1 resume essas diferenças.

Tabela 1. Comparação entre reações químicas e reações nucleares

Reações químicas Reações nucleares

1. O rearranjo dos átomos é feito por

quebra e formação de ligações químicas. 1- Os elementos (ou isótopos dos mes¬mos elementos) são convertidos uns nos outros.

2. Na destruição e na formação de li gações só estão envolvidos elétrons em

orbitais atômicos. 2- Podem estar envolvidos protões, neutrons, electrões e outras partícu¬las elementares.

3. As reações são acompanhadas por absorção ou liberação de quanti¬dades de

energia relativamente pe¬quenas. 3- As reacções são acompanhadas por absorção ou liberação de quanti¬dades de energia enormes.

4. As velocidades das reacções são influenciadas pela temperatura, pres¬são,

concentração e catalizadores. 4- As velocidades das reações não são normalmente afetadas pela tem¬peratura, pressão e catalizadores.

3- Balanceamento de Equações Nucleares

Antes de podermos discutir as reações nucleares com alguma profundida¬de, precisamos compreender como se escrevem as equações. Existem diferenças entre escrever uma equação nuclear e escrever uma equação química. Além da escrita dos símbolos dos vários elementos quími¬cos, devemos também indicar explicitamente os prótons , nêutrons e elétrons. De fato, numa equação deste tipo devemes mostrar o número de prótons e de nêutrons presentes em cada espécie.

Os símbolos para as partículas elementares são os seguintes:

ou ou ou

Próton nêutron elétron partícula alfa

O expoente indica o número de massa (número total de nêutrons e prótons presente) e o índice é o número atômico (número de prótons). Assim, o "número atômico" de um próton é l, porque só há um próton presente, e o "número de massa" é também l, porque há um próton presente mas não há nêutrons. Por outro lado, o "número de massa" de um nêutron é 1, mas o seu "número atómico" é zero, porque não há prótons presentes. Para o elétron, o "número de massa" é zero (não há prótons nem nêutrons presentes) mas o "número atômico" é - l, porque o elétron possuí uma carga unitária negativa.

O símbolo representa um elétron num orbital atômico ou prove¬niente de um orbital atômico. O símbolo representa um elétron que. embora fisicamente idêntico a qualquer outro elétron, provém de um núcleo e não de um orbital atômico.

O pósitron tem a mesma massa que o elétron, mas tem uma carga +1. A partícula  tem dois prótons e dois nêutrons. por isso o seu número atômico é 2 e o seu número de massa é 4.

Ao acertar uma reação nuclear devemos obedecer às seguintes regras:

• O número total de prótons mais o de nêutrons nos produtos e nos reagentes deve ser o mesmo (conservação do número de massa).

• O número total de cargas nucleares nos produtos e nos reagentes deve ser o mesmo (conservação do número atômico).

Se numa equação nuclear forem conhecidos os números atômicos e os números de massa de todas as espécies com exceção de uma, a espécie desconhecida pode ser identificada aplicando estas regras, como se mostra no exemplo seguinte, que ilustra o acerto de equações de decaimento nuclear.

Exemplo: Equilibrar as seguintes equações nucleares:

a)  + X

b)  + X

Respostas: a) o número de massa e o número atômico são 212 e 84, respectivamente , no lado esquerdo e 208 e 82, respectivamente no lado direito. Assim X deve ter um número de massa igual a 4 é um número atômico igual a 2.

 +

b) neste caso o número de massa é o mesmo em ambos os membros da equação, mas o número atômico do produto é mais 1. Esta reação só pode ter lugar se um nêutron do Cs se