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19.2:

Tipos de Radioatividade

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Types of Radioactivity

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Os radionuclídeos desintegram-se em nuclídeos derivados juntamente com a emissão de partículas ou radiação eletromagnética. As emissões nucleares fundamentais incluem partículas alfa, partículas beta, positrões, neutróns, raios gama e raios X.Uma partícula alfa é composta por dois prótons e dois nêutrons, semelhante ao núcleo de hélio-4. Cada uma destas partículas tem uma carga de mais dois.A desintegração alfa reduz o número atómico em dois e o número de massa em quatro, como a conversão de polónio-210 em chumbo-206. A desintegração Beta-menos é uma emissão de elétrons de alta energia a partir do núcleo por conversão de um nêutron em um próton. O nuclídeo derivado tem um próton adicional, e o seu número atómico é maior em um do que o do nuclídeo principal.Durante o processo, o número de nêutrons diminui em um;no entanto, o número de prótons aumenta em um. Assim, o número de massa permanece inalterado. A desintegração Beta-mais é a conversão de um próton num nêutron, emitindo uma partícula de carga positiva do núcleo.Esta partícula tem a mesma massa que um elétron, tornando-a numa antipartícula do elétron, e sendo chamada de pósitron. O pósitron emitido reduz o número atómico do nuclídeo derivado em um. O pósitron é de curta duração porque rapidamente colide com um elétron, e ambas as partículas são aniquiladas.A sua energia é libertada como dois raios gama de 511 Elétron-volt. A emissão de radiação gama também ocorre quando um nuclídeo derivado excitado se decompõe no seu estado de solo nuclear. Assim, a desintegração beta-menos do cobalto-60 produz um níquel-60 em estado excitado, que emite dois raios gama enquanto cai para o estado de solo nuclear.O número de massa e o número atómico não mudam durante a desintegração gama. A emissão de radiação gama ocorre em combinação com outras reações de desintegração nuclear. A emissão de nêutrons é a ejeção de um nêutron a partir do núcleo.Pode acontecer espontaneamente, como a desintegração de berílio-13 em berílio-12, ou em resposta ao bombardeamento por raios gama ou partículas. O número atómico permanece inalterado durante este processo, enquanto que o número de massa diminui em um. A conversão de potássio-40 em árgon-40 exemplifica a emissão de energia devido à captura de elétrons.O núcleo de potássio captura um elétron interior no átomo, e um próton convertido em nêutron. Uma queda externa de elétrons para o nível interior para preencher a vaga, caracterizado por uma emissão de raios X com uma energia correspondente para a transição. O poder de penetração das partículas alfa, que são as mais maciças das partículas nucleares, é muito baixo, enquanto a radiação gama passa pela maioria dos materiais.Os nêutrons e partículas beta podem ser bloqueados eficazmente por materiais relativamente leves.

19.2:

Tipos de Radioatividade

Os tipos mais comuns de radioatividade são: decaimento α, decaimento β, decaimento γ, emissão de neutrões, e captura de eletrões.

O decaimento alfa (α) é a emissão de uma partícula α do núcleo. Por exemplo, o polónio-210 sofre decaimento α:

Eq1

O decaimento alfa ocorre principalmente em núcleos pesados (A > 200, Z > 83). A perda de uma partícula α origina um nuclídeo filha com um número de massa quatro unidades menor e um número atómico duas unidades menor que as do nuclídeo pai.

O decaimento beta (β) é a emissão de um eletrão ou positrão de um núcleo. O iodo-131 é um exemplo de um nuclídeo que sofre decaimento β:

Eq2

O eletrão emitido é do núcleo atómico e não é um dos eletrões que rodeiam o núcleo. A emissão de um eletrão não altera o número de massa do nuclídeo, mas aumenta o número de protões e diminui o número de neutrões. Um antineutrino (Eq6) é também emitido devido à conservação de energia.

O oxigénio-15 é um exemplo de um nuclídeo que sofre emissão de positrões, ou decaimento β+:

Eq3

O decaimento de positrões é a conversão de um protão em um neutrão com a emissão de um positrão. Um neutrino (νe) também é emitido devido à conservação da energia.

A emissão gama (emissão γ) é observada quando um nuclídeo é formado em um estado excitado e, em seguida, decai para o seu estado fundamental com a emissão de um raio γ, um quantum de radiação eletromagnética de alta energia. A presença de um núcleo em um estado excitado é frequentemente indicada por um asterisco (*). O cobalto-60 emite radiação γ e é utilizado em muitas aplicações, incluindo no tratamento do cancro:

Eq4

Não há alteração no número de massa ou no número atómico durante a emissão de um raio γ. No entanto, a emissão γ pode acompanhar um dos outros modos de decaimento que resultariam em uma alteração no número de massa ou no número atómico.

A emissão de neutrões é a ejeção de um neutrão do núcleo. Pode acontecer espontaneamente, como o decaimento do berílio-13 para berílio-12, ou em resposta ao bombardeamento por raios ou partículas gama. O número atómico permanece inalterado durante este processo, enquanto que o número de massa diminui em 1.

A captura de eletrões ocorre quando um dos eletrões interiores em um átomo é capturado pelo núcleo do átomo. Por exemplo, o potássio-40 é submetido a captura de eletrões:

Eq5

A captura de eletrões ocorre quando um eletrão da camada interna se combina com um protão e é convertido em neutrão. A perda de um eletrão da camada interna deixa uma vaga que será preenchida por um dos eletrões exteriores. À medida que o eletrão exterior entra na vaga, ele emite energia. Na maioria dos casos, a energia emitida será na forma de um raio X. A captura de eletrões tem o mesmo efeito no núcleo que a emissão de positrões: o número atómico é diminuído em um e o número de massa não muda.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 21.3: Radioactive Decay.

Suggested Reading

  1. Cottingham, W. N., Greenwood, D. A. (2001). An Introduction to Nuclear Physics. Cambridge, U.K. Cambridge University Press.