Quer se tornar um militar e está estudando para passar nos seletivos das Forças Armadas? Então, Radioatividade é um assunto que não pode faltar! Confira este resumo sobre os princípios que regem as equações nucleares, feito com base no conteúdo elaborado pelo Prof. Thiago Cardoso, do Estratégia Militares.
Embora a palavra “radiação” seja muito associada à contaminação e às transmutações genéticas provocadas pela exposição indevida a essa energia, a Radioatividade tem inúmeras aplicações práticas. Por exemplo, tratamentos médicos, como o raio-X, e a produção de energia por meio dos processos de Fissão Nuclear.
Esse assunto tem alta incidência nas provas do ITA, IME e EsPCEx nos últimos anos. Então, fique atento!
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Como é o núcleo atômico?
O núcleo corresponde a uma porção muito pequena do átomo, mas que concentra a maior parte de sua massa. Ele é formado basicamente por:
- Prótons: partículas com carga positiva e massa, que podem ser representadas por
;
- Nêutrons: partículas sem carga e com massa, que podem ser representadas por
;
Genericamente, os prótons e nêutrons são chamados de nucleons. Os prótons são todos de carga positiva. Sendo assim, em qualquer núcleo que tenha dois ou mais prótons, haverá repulsão eletrostática entre essas partículas.
Em um núcleo estável, deve haver algum tipo de força de atração entre os prótons e nêutrons que seja capaz de equilibrar essa repulsão. Caso contrário, o núcleo se partiria espontaneamente. Essas forças que equilibram o núcleo são chamadas forças nucleares, e elas não possuem natureza eletrostática.
Composição de Prótons e Nêutrons
Os prótons e nêutrons não são indivisíveis, já que são formados por quarks up e down.
| Quark | Carga |
|---|---|
| Up | +2/3 |
| Down | -1/3 |
O próton é formado por dois quarks up e um quark down, sendo referenciado como uud. Já o nêutron é formado por um quark up e dois quarks down, sendo referenciado como udd. Confira o esquema abaixo para melhor visualização:
Os quarks são unidos pela conhecida Força Nuclear Forte, que é uma das forças fundamentais da natureza. Elas são intermediadas pelos glúons. É interessante o fato de que os quarks correspondem a menos de 1% da massa dos nucleons. O restante da massa deles se deve ao campo criado pela força nuclear forte.
Equações Nucleares
Um processo radioativo é aquele em que ocorrem transformações nos núcleos dos átomos. Assim, o átomo de um elemento se transforma em um átomo de outro. Esse processo é representado por meio de Equações Nucleares. Observe um exemplo:
Nessa equação, o átomo de urânio decai, se transformando em um átomo de tório (Th) e liberando uma partícula alfa. Nos processos radioativos, as partículas subatômicas – prótons, nêutrons e elétrons – podem se transformar em outras partículas. Portanto, não é possível falar em conservação dessas espécies químicas.
No entanto, existem dois princípios gerais que podemos aplicar nas equações nucleares. Para aprendê-los vamos primeiro nos lembrar da representação geral de um isótopo químico, que é feita pelo seu número atômico e pelo número de massa:
Com a representação do isótopo químico em mente, atente-se aos dois princípios que devem ser observados nas Equações Químicas: a conservação de carga e a conservação do número de massa.
Conservação da carga
O número atômico corresponde à contagem do número de prótons no núcleo de um elemento. Essa definição é bastante utilizada em outros ramos da Química. No caso das Equações Nucleares, no entanto, vamos considerá-lo apenas como Carga, ou Carga Nuclear.
Considere um processo radioativo qualquer:
Como a carga elétrica não pode ser criada nem destruída, a soma dos números atômicos inicial deve ser igual à soma dos números atômicos finais. Ou seja:
É importante observar que, no caso dos processos radioativos, a carga não é exclusiva dos prótons. Algumas outras partículas subatômicas também apresentam carga, em especial, os pósitrons e os elétrons.
Dessa maneira, é bastante possível que um próton se transforme em nêutron de duas formas: emissão de pósitrons e absorção de um elétron.
- Emissão de Pósitrons:
- Absorção de um Elétron:
As transformações inversas também são possíveis. Dessa maneira, os processos radioativos são exceções à Lei de Lavoisier, ou Lei da Conservação das Massas. Nesse tipo de processo, partículas e elementos são criados e destruídos.
Conservação do número de massa
O número de massa corresponde à contagem do número de prótons com o número de nêutrons. Como explicado, a massa não se conserva nos processos nucleares. Porém, a soma total do número de massa, sim.
Isso se deve ao fato de que os quarks não podem ser observados isoladamente. Como a força de atração entre eles é muito grande, a massa dos prótons e dos nêutrons nunca é aniquilada completamente. O que pode acontecer em um processo radioativo é a conversão de um próton em nêutron, ou vice-versa.
Portanto, se temos um processo radioativo qualquer:
Assim, podemos escrever a equação de conservação do número de massa:
Logo, para sintetizar as duas leis que regem as equações nucleares, observe o esquema abaixo:
Na prática!
Agora que você conhece os princípios das equações nucleares, que tal testar os seus conhecimentos? Observe a questão abaixo!
1. (TFC – 2019) – Complete as seguintes equações nucleares:
a) 7N14 + ? → 8O17 + 1p1
b) ? + 0n1 → 97Bk249 + -1e0
c) 1H1 + 1p1 → 1H2 + ?
d) 10Ne20 + 10Ne20 → 8O16+ ?
Resolução: para esse problema, devemos aplicar as leis das equações nucleares. Vamos completá-las com um núcleo incógnita ZXA.
a) 7𝑁14 + 𝑍𝑋𝐴 → 8𝑂17 + 1𝑝1
7 + 𝑍 = 8 + 1 ∴ 𝑍 = 2
14 + 𝐴 = 17 + 1 ∴ 𝐴 = 4
?= 2𝐻𝑒4
b) 𝑍𝑋𝐴 + 0n1 → 97Bk249 + -1e0
𝑍 + 0 = 97 − 1 ∴ 𝑍 = 96
𝐴 + 1 = 249 ∴ 𝐴 = 248
? = 96Cm248
c) 1H1 + 1p1 → 1H2 + 𝑍𝑋𝐴
1 + 1 = 1 + 𝑍 ∴ 𝑍 = 1
1 + 1 = 2 + 𝐴 ∴ 𝐴 = 0
?= +1𝑒0 (𝑝ó𝑠𝑖𝑡𝑟𝑜𝑛)
d) 10Ne20 + 10Ne20 → 8O16+ 𝑍𝑋𝐴
10 + 10 = 8 + 𝑍 ∴ 𝑍 = 12
20 + 20 = 16 + 𝐴 ∴ 𝐴 = 24
?= 12𝑀𝑔24
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