Equivalência Massa

Equivalência massa – energia:

um assunto nuclear

A ciência nuclear ganhou sustentabilidade tecnológica em 1905, quando Albert Einstein propôs a célebre expressão E=mc2, ao descobrir a equivalência massa-energia.

Estabilidade do núcleo

Está relacionada com as forças de repulsão protão-protão e as forças atractivas nucleares fortes, sendo o núcleo tanto mais estável quanto maior for a sobreposição das forças atractivas às repulsivas.

è Se as forças repulsivas prevalecerem em relação às forças atractivas, o núcleo é instável e desintegra-se, emitindo partículas e radiação.

Estabilidade/instabilidade nuclear

Depende dos seguintes factores:

Ø Relação entre forças repulsivas (repulsão coloumbiana protão-protão) e forças atractivas (forças nucleares fortes);

Ø Número de protões e neutrões no núcleo – os neutrões têm que estar presentes em número suficiente para contrariar as forças repulsivas;

Ø Razão entre o número de neutrões e o número de protões (n/p).

Os núcleos são mais estáveis se:

Ø A razão n/p ≈ 1 para átomos com número atómico baixo;

Ø A razão n/p > 1 para átomos com número atómico elevado;

Ø O número de neutrões ou protões for 2, 8, 20, 28, 50, 82;

Ø Possuírem um número par de ambos os nucleões.

è Os núcleos cuja razão n/p está fora da faixa de estabilidade são instáveis (isótopos com Z>83) e para aumentar a sua estabilidade ficam sujeitos a decaimentos radioactivos.

Decaimento	Emissão	Ocorre quando
Alfa (α)	Partícula α	O núcleo, de um modo geral é pesado (Z>83).
Beta (β)	Partícula β-	O núcleo atómico é instável com excesso de neutrões (n/p elevado).
Beta (β)	Partícula β+	O núcleo atómico é instável com excesso de protões (n/p baixo).
Gama (γ)	Radiação γ	O núcleo está excitado (tem excesso de energia) o que pode acontecer a seguir aos decaimentos α ou β.

Período de decaimento ou tempo de meia – vida (t_1/2)

è Intervalo de tempo necessário para que, numa dada amostra, o número de partículas da espécie radioactiva, se reduza a metade. Não depende da massa da amostra, da temperatura nem da pressão.

Datação e Radioactividade

Os tempos de meia vida de isótopos radioactivos permitem a datação de achados arqueológicos ou formações rochosas.

O carbono-14 é utilizado na datação de objectos cuja origem esteve associada a seres vivos uma vez que estes possuem compostos orgânicos.

Possui um decaímento lento, dando origem ao azoto-14. O tempo de meia-vida é, aproximadamente, 5,73x103 anos.

Fontes naturais e artificiais de radioactividade

O homem está exposto a radiação natural que é responsável por 67,6% do total da radiação a que é submetido (radiação cósmica, crosta terrestre, elementos naturais dos tecidos humanos, materiais de construção, alimentos).

As fontes artificiais mais próximas das pessoas são os aparelhos electrónicos (televisões, monitores, telemóveis, relógios) e as centrais nucleares.

Medidores (detectores) de radioactividade

A radioactividade pode ser medida por um dispositivo que detecte o número de desintegrações, como por exemplo um contador de Geiger-Muller ou detectores de cintilação que são dispositivos que detectam as partículas radioactivas emitidas na sua direcção.

Reacções nucleares:
a fissão nuclear e a fusão nuclear

è Fissão (cisão) nuclear: ocorre quando um núcleo pesado e instável, colide com um neutrão, originando núcleos mais leves e estáveis despoletando uma reacção em cadeia com libertação de neutrões.

è Fusão nuclear: ocorre quando dois núcleos leves mas instáveis se fundem para originar um núcleo mais pesado (maior número de massa) e mais estável.

Equivalência massa-energia e as reacções nucleares

A elevada quantidade de energia que é libertada nas reacções nucleares está relacionada com a variação de massa que ocorre durante as reacções nucleares e pode ser determinada pela expressão proposta por Einstein, que evidencia a conservação de energia através da sua conversão em energia mássica:

ΔE= Δm.c2

O valor da variação da energia será negativo quando esta for libertada e positivo quando for absorvida.

Benefícios/problemas da radioactividade

Ø Datação e palentologia;

Ø Medicina (meios de diagnóstico; radioterapia);

Ø Produção de energia;

Ø Indústria (verificar e corrigir anomalias em máquinas);

Ø Agricultura (esterilização de alimentos evitando o uso de pesticidas);

No entanto, a exposição à radioactividade pode causar mutações genéticas, cancro e outras doenças, eventualmente fatais.

Sílvia Carvalho

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