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Leis da Radioatividade e Tipos de Decaimento

As leis da radioatividade, também chamadas de leis de Soddy, nos ajudam a entender como ocorrem e quais são os produtos dos processos radioativos. Não lembra o que é radioatividade? Não se preocupe, neste post explicamos direitinho tudo sobre essas leis e suas causas.

Autor Representação de uma pessoa Denis Data Representação de um calendário 27/08/2019 Tempo Representação de um relógio 9min  de leitura

As leis da radioatividade, também chamadas de leis de Soddy, nos ajudam a entender como ocorrem e quais são os produtos dos processos radioativos.

Não lembra do que é radioatividade? Não se preocupe, temos um post inteirinho sobre o que é radioatividade e quais são suas causas.

De forma simplificada, a radioatividade é o processo no qual núcleos atômicos instáveis decaem, emitindo radiação na forma de ondas e/ou de partículas, com o objetivo de atingir a estabilidade.

Existem diferentes tipos de decaimentos radioativos, os três principais são: decaimento alfa, decaimento beta e decaimento gama.

Decaimento Alfa

Quando um núcleo atômico decai liberando uma partícula alfa, dizemos que ele sofreu um decaimento alfa.

Até aqui tudo bem, mas o que é uma partícula alfa?

Uma partícula alfa (α) é um conjunto de 2 prótons e 2 nêutrons, ou seja, uma partícula alfa equivale a um núcleo do átomo hélio.

Observe, na figura abaixo, um decaimento do tipo alfa em ação:

Exemplo de Decaimento Alfa com 2 prótons e 2 nêutrons em ação.
Decaimento Alfa

Uma partícula alfa é representada da seguinte forma:

Representação química da partícula alfa. Possui número atômico 2 e número de massa 4.

Note que:

  • Essa partícula contém dois prótons, logo, o seu número atômico (Z) é 2.
  • Cada um dos quatro núcleons (prótons e nêutrons) que compõem essa partícula contribuem com 1 unidade de massa. Portanto, o seu número de massa (A) é 4.
  • Essa partícula possui carga total positiva, pois ela possui 2 prótons e nenhum elétron.

Primeira lei da radioatividade

A primeira das leis da radioatividade, também chamada de primeira lei de Soddy, trata dos decaimentos do tipo alfa:

Quando um átomo emite uma partícula alfa, o seu número atômico (Z) diminui em 2 unidades e o seu número de massa (A) diminui em 4 unidades.

Note que o número atômico do composto é alterado em um decaimento alfa, logo, o elemento químico após o decaimento não é o mesmo de antes do decaimento!

De forma geral, quando um elemento X sofre um decaimento alfa, ele se torna o elemento Y através da seguinte reação:

Representação de uma reação de decaimento alfa, de acordo com as leis da radioatividade. Nesse caso, um elemento perde 4 unidades de massa e 2 unidades de número atômico, se tornando outro elemento e liberando uma partícula alfa.

Por exemplo, o decaimento do polônio-212 em chumbo-208 é um decaimento do tipo alfa:

Exemplo da aplicação das leis da radioatividade no decaimento do polônio-212 em chumbo-208.

Note que, o número atômico (Z) total e o número de massa (A) total, são os mesmos de ambos os lados da reação, ou seja, eles se conservam:

Na imagem é mostrado que, de ambos os lados de uma reação de decaimento alfa, a soma total dos números atômico e de massa são equivalentes.

Decaimento Beta

Quando um núcleo atômico decai liberando uma partícula beta, dizemos que ele sofreu um decaimento beta.

Certo, mas o que é uma partícula beta?

Na verdade, existem dois tipos de decaimento beta. Para cada um deles existe uma partícula beta (β) diferente:

  • Nos decaimentos β-, os núcleos atômicos emitem elétrons. Nesses casos, o elétron é chamado de partícula β-. Como todo elétron, ela possui número de massa nulo e número atômico -1:
Representação química da partícula beta-menos. Possui número atômico -1 e número de massa 0.
  • No decaimento β+, os núcleos atômicos emitem pósitrons (elétrons de carga positiva). Nesses casos, o pósitron é chamado de partícula β+. Um pósitron sempre possui número de massa nulo e número atômico +1:
Representação química da partícula beta-mais. Possui número atômico 1 e número de massa 0.

Observe, na figura abaixo, um decaimento do tipo beta em ação:

Representação de um decaimento do tipo beta. Nele, um núcleo atômico, composto diversos prótons e nêutrons, emite um elétron ou pósitron.
Decaimento Beta

Segunda lei da radioatividade

A segunda das leis da radioatividade, também chamada de segunda lei de Soddy, trata dos decaimentos do tipo beta. No entanto, existem duas formulações dessa lei, uma para cada tipo de decaimento beta.

Decaimento β-

Primeiramente, para um decaimento do tipo β-:

Quando um átomo emite uma partícula β-, o seu número atômico (Z) aumenta em 1 unidade e o seu número de massa (A) não se altera.

Note que, assim como no decaimento alfa, o número atômico do composto é alterado em um decaimento beta, logo, o elemento químico após o decaimento não é o mesmo de antes do decaimento!

De forma geral, quando um elemento X sofre um decaimento β-, ele se torna o elemento Y através da seguinte reação:

Representação de uma reação de decaimento beta-menos, de acordo com as leis da radioatividade. Nesse caso, um elemento ganha 1 unidade de número atômico e mantém seu número de massa constante.

Por exemplo, o decaimento do carbono-14 em nitrogênio-14 é um decaimento do tipo β-:

Exemplo da aplicação das leis da radioatividade no decaimento do carbono-14 em nitrogênio-14.

Note que, o número atômico (Z) total e o número de massa (A) total, são os mesmos de ambos os lados da reação, ou seja, eles se conservam:

Na imagem é mostrado que, de ambos os lados de uma reação de decaimento alfa, a soma total dos números atômico e de massa são equivalentes.

Decaimento β+

Para um decaimento do tipo β+:

Quando um átomo emite uma partícula β+ , o seu número atômico (Z) diminui em 1 unidade e o seu número de massa (A) não se altera.

De forma geral, quando um elemento X sofre um decaimento β+, ele se torna o elemento Y através da seguinte reação:

Representação de uma reação de decaimento beta-mais, de acordo com as leis da radioatividade. Nesse caso, um elemento perde 1 unidade de número atômico e mantém seu número de massa constante.

Por exemplo, o decaimento do nitrogênio-12 em carbono-12 é um decaimento do tipo β+:

Exemplo da aplicação das leis da radioatividade no decaimento do nitrogênio-12 em carbono-12.

Note que, o número atômico (Z) total e o número de massa (A) total, são os mesmos de ambos os lados da reação, ou seja, eles se conservam:

Na imagem é mostrado que, de ambos os lados de uma reação de decaimento alfa, a soma total dos números atômico e de massa são equivalentes.

Como ocorre o decaimento beta?

Como vimos, no decaimento beta, elétrons ou pósitrons são emitidos pelo núcleo de um átomo. Certo, mas como isso é possível se só existem prótons e nêutrons no núcleo?

Essas partículas surgem quando prótons se transformam em nêutrons ou vice-versa.

No decaimento β-, um nêutron se transforma em um próton, liberando um elétron (partícula β-):

Representação da reação nuclear, onde um nêutron se transforma em um próton, liberando uma partícula beta-menos.

No decaimento β+, um próton se transforma em nêutron, liberando um pósitron (partícula β+):

Representação da reação nuclear, onde um nêutron se transforma em um próton, liberando uma partícula beta-menos.

Decaimento Gama

Quando um núcleo atômico decai liberando radiação gama, dizemos que ele sofreu um decaimento gama.

E neste caso, o que é essa radiação gama?

A radiação gama não passa de uma onda eletromagnética de alta frequência, ou seja, ela não possui carga, número de massa e nem número atômico:

Dessa forma, em um decaimento gama, o número de prótons e o número de nêutrons não se altera. Sendo assim, o elemento químico também se mantém o mesmo.

Você deve estar esperando mais uma das leis da radioatividade, só que dessa vez para o decaimento gama, correto?

No entanto, não existe uma lei de Soddy para decaimentos do tipo gama.

De forma geral, nos decaimentos do tipo gama, um núcleo excitado de um elemento X (representamos essa excitação adicionando um * – asterisco – ao lado do símbolo do elemento), perde essa excitação liberando radiação gama:

Representação de uma reação de decaimento gama, de acordo com as leis da radioatividade. Nesse caso, um elemento perde sua excitação, mas mantém seus números atômico e de massa intactos.

Por exemplo, o relaxamento do bário-137 é um decaimento do tipo gama:

Exemplo de reação de decaimento do tipo gama, onde um bário-137 é relaxado e se torna um bário-137 normal.

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PALAVRAS-CHAVES: decaimento radiação radioatividade