Antes de saber determinar a partícula em uma reação nuclear, é importante conhecer todas as partículas que aparecem ou podem ser utilizadas nesses tipos de reações químicas. Essas partículas são:
- Partículas radioativas
- Alfa (2α4)
- Beta (-1β0)
- Gama (0γ0)
- Partículas não radioativas
- Próton (1p1)
- Pósitron (+1e0)
- Dêuteron (1d2)
- Nêutron (0n1)
A determinação da partícula em uma reação nuclear não depende de esta ser uma reação natural, isto é, aquela em que o átomo emite radiação de forma espontânea, ou artificial, em que um átomo é transformado em outro por meio do bombardamento de um núcleo, utilizando partículas radioativas ou não radioativas.
Para determinar a partícula (X) em uma reação nuclear (artificial ou natural), devemos usar sempre o mesmo padrão de resolução, o qual deve utilizar a soma dos números de massa e a soma dos números atômicos, conforme o modelo abaixo:
ZDA + 0n1 → cEd + bXa
1o Passo: soma dos números de massa.
Nesse passo, devemos somar as massas presentes nos reagentes e igualar à soma das massas nos produtos.
A + 1 = d + a
2o Passo: soma dos números atômicos.
Nesse passo, devemos somar os números atômicos presentes nos reagentes e igualar à soma dos números atômicos nos produtos.
Z + 0 = c + b
Observe a seguir alguns exemplos que ilustram de forma bem simples como devemos determinar a partícula em uma reação nuclear:
1º Exemplo:
7N14 + 0n1 → 6C14 + bXa
Somatória dos números de massa:
14 + 1 = 14 + a
15 – 14 = a
a = 1
Somatória dos números atômicos:
7 + 0 = 6 + b
7 – 6 = b
b = 1
Como a partícula X desse exemplo apresenta número de massa e número atômico iguais a 1, trata-se, portanto, de um próton (1p1).
2º Exemplo:
92U238 + 2He4→ 94Pu241 + bXa
Somatória dos números de massa:
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238 + 4 = 241 + a
242 – 241 = a
a = 1
Somatória dos números atômicos:
92 + 2 = 94 + b
94 – 94 = b
b = 0
Como a partícula X desse exemplo apresenta número de massa igual a 1 e número atômico igual a 0, trata-se de um nêutron (0n1).
3º Exemplo:
94Pu241→ 95Am241 + aYb
Somatória dos números de massa:
241 = 241 + b
241 – 241 = b
b = 0
Somatória dos números atômicos:
94 = 95 + a
94 – 95 = a
a = -1
Como a partícula Y desse exemplo apresenta número atômico igual a -1 e número de massa igual a 0, logo trata-se de um beta (-1β0).
4º Exemplo:
4Be7 + ayb → 5B7
Somatória dos números de massa:
7 + b = 7
b = 7 - 7
b = 0
Somatória dos números atômicos:
4 + a = 5
a = 5 - 4
a = +1
Como a partícula Y desse exemplo apresenta número atômico igual a +1 e número de massa 0, logo trata-se de um pósitron (-1e0).
5º Exemplo:
5B12 → 3Li8 + azb
Somatória dos números de massa:
12 = 8 + b
12 – 8 = b
b = 4
Somatória dos números atômicos:
5 = 3 + a
5 – 3 = a
a = 2
Como a partícula Z do exemplo apresenta número atômico igual a 2 e número de massa igual a 4, logo trata-se de uma alfa (2α4 ).
6º Exemplo:
83Bi213 → 82Pb211 + aXb
Somatória dos números de massa:
213 = 211 + b
213 – 211 = b
b = 2
Somatória dos números atômicos
83 = 82 + a
83 - 82 = a
a = 1
Como a partícula X do exemplo, apresenta número atômico igual a 1 e número de massa igual a 2, logo trata-se de um dêuteron (1d2 ).
O cálculo de partículas alfa e beta envolve o conhecimento das leis da radioatividade de Soddy, bem como das composições dessas partículas radioativas.
Quando um determinado material é radioativo, a tendência é a de que ele elimine as radiações alfa, beta e gama. Essas radiações são eliminadas a partir do núcleo do átomo em decorrência da instabilidade nuclear dos átomos do material.
Conhecendo um pouco os materiais radioativos, podemos calcular, por exemplo, o número de partículas alfa e beta que serão eliminadas a partir do núcleo de um átomo. Para isso, é importante saber as composições de cada tipo de radiação:
Radiação alfa: composta por dois prótons (número atômico 2) e dois nêutrons, resultando em número de massa 4, assim: 2α4
Radiação beta: composta por um elétron, resultando em número atômico -1 e número de massa 0, assim: -1β0
Conhecendo as partículas, percebemos que: quando um átomo elimina radiação alfa (primeira lei de Soddy), forma um novo elemento cujo número atômico será duas unidades menor e o número de massa será quatro unidades menor. Ao eliminar uma radiação beta (segunda lei de Soddy), o átomo formará um novo elemento cujo número atômico terá uma unidade a mais e sua massa permanecerá a mesma.
♦ Primeira lei: ZXA → 2α4 + Z-2YA-4
♦ Segunda lei: ZXA → -1β0 + Z+1YA
Vale lembrar que a eliminação de partículas alfa e beta é simultânea e sempre um novo elemento será originado. Se esse elemento originado for radioativo, a eliminação de radiação continuará até que se forme um átomo estável.
Com todas essas informações dadas, podemos agora calcular o número de partículas alfa e beta que foram eliminadas por um material radioativo até que um átomo estável tenha sido formado.
Para isso, utilizamos a seguinte equação:
ZXA → c2α4 + d-1β0 + bYa
Z = Número atômico do material radioativo inicial;
A = Número de massa inicial do material radioativo inicial;
c = Número de partículas alfa eliminadas;
d = Número de partículas beta eliminadas;
a = Número de massa do elemento estável formado;
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b = Número atômico do elemento estável formado.
Como a soma dos números de massa antes e depois da seta são iguais, temos que:
A = c.4 + d.0 + a
A = 4c + a
(conhecendo A e a, podemos determinar o número de partículas alfa eliminadas)
Como a soma dos números atômicos antes e depois da seta são iguais, temos que:
Z = c.2 + d.(-1) + b
Z = 2c – d + b
(conhecendo Z, c e b, podemos determinar o número de partículas beta eliminadas)
Veja um exemplo:
Determine o número de partículas alfa e beta que foram eliminadas por um átomo de rádio (86Rn226) para que ele fosse transformado em um átomo 84X210.
Dados do exercício: o átomo radioativo inicial é o Rn e o formado é o X, assim:
Z = 86
A = 226
c = ?
d = ?
a = 210
b = 84
Inicialmente determinamos o número de partículas alfa:
A = 4c + a
226 = 4c + 210
4c = 226 -210
4c = 16
c = 16
4
c = 4 (partículas alfa)
Em seguida, calculamos o número de partículas beta:
Z = 2c – d + b
86 = 2.4 – d + 84
86 – 84 – 8 = - d .(-1 para eliminar o negativo do d)
d = 6 (partículas beta)