Tipos de decaimento

RKA8JV Até agora, em nossa jornada através dos assuntos de Química, girou em torno da estabilidade dos elétrons e das camadas nas quais os elétrons estariam em estado estável. Como tudo na vida, se você explorar um átomo ou um pouco mais, você perceberá que não há apenas 1 elétron em 1 átomo, que o próprio núcleo apresenta algumas interações ou certa estabilidade que precisa ser aliviada de alguma forma. É sobre isso que vamos falar um pouco neste vídeo. Na verdade, sua mecânica está fora do âmbito de um curso de Química do primeiro ano, mas é bom pelo menos saber que isso ocorre, e algum dia, quando você for estudar força nuclear e física quântica e coisas parecidas, podemos começar a falar sobre os motivos exatos pelos quais esses prótons e nêutrons e seus quarks constituintes estão interagindo dessa maneira. Dito isso, vamos pelo menos pensar sobre os diferentes tipos de decaimento nuclear. Digamos que haja muitos prótons. Vou desenhar alguns deles. Alguns prótons ali, e vou desenhar alguns nêutrons. Vou desenhá-os em uma cor neutra. Talvez uma cor acinzentada seja apropriada. Vou desenhar alguns nêutrons aqui. Quantos prótons tem? Tem 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, e vou fazer 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 nêutrons. Digamos que esse seja o núcleo de nosso átomo. Lembrem-se, no primeiro vídeo que fiz sobre o átomo, o núcleo, se você desenhar um átomo real, e de fato, é muito difícil desenhar um átomo, porque não possui fronteiras tão bem definidas assim. O elétron poderia, de fato, estar a qualquer momento em qualquer lugar. Mas você poderia perguntar em que lugar estará o elétron durante 90% cento do tempo. E poderíamos responder que estará no raio, isto é, o diâmetro de nosso átomo. Aprendemos, no primeiro vídeo, que o núcleo é uma parte quase infinitesimal do volume dessa esfera na qual o elétron estará durante 90% do tempo. Na maioria das vezes, na vida real estamos olhando para um espaço vazio. Tudo isso nada mais é do que um espaço vazio. Bom, quero repetir isso porque esse pequeno ponto infinitesimal do qual falamos antes, que, apesar de ser apenas uma pequena fração do volume do átomo, representa, na verdade, quase toda a sua massa. É nisso que estou focando nesse ponto aqui. Esses não são átomos, esses não são os elétrons, estamos colocando uma lente de aumento no núcleo. Revela-se dessa forma que, por vezes, o núcleo é um pouco instável, querendo chegar a uma configuração mais estável. Não vamos entrar na mecânica do que define com exatidão um núcleo estável e coisas desse tipo. Na sua busca de um estado mais estável, o núcleo emite às vezes o que é chamado de partícula alfa. Estamos falando do decaimento alfa. O núcleo emite uma partícula alfa, o que soa muito requintado. Nada mais é do que um grupo de nêutrons e prótons. Uma partícula alfa é formada de 2 nêutrons e 2 prótons. Talvez esses prótons e nêutrons sentiram que simplesmente não se encaixam perfeitamente, portanto tem um grupo bem aqui. Eles são emitidos, eles saem do núcleo. Vamos pensar no que acontece com um átomo quando algo assim acontece. Digamos que haja um elemento aleatório, vou chamá-lo de elemento "E". Digamos que tenha ''p'' prótons. Vou usar a cor de meus prótons. Tem ''p'' prótons. Seu número de massa atômica é o número de prótons mais o número de nêutrons. Usarei cinza para os nêutrons, certo? O que acontece com um elemento que sofre um decaimento alfa? O número de prótons será 2 unidades menor. Seus próton serão ''p - 2''. O número de nêutrons será, também, 2 unidades menor, portanto, seu número de massa será 4 unidades menor. Aqui em cima teremos p - 2 mais os nêutrons menos 2, isto é, -4. A massa será 4 unidades menor, e teremos, de fato, um novo elemento. Lembrem-se, os elementos foram definidos pelo número de prótons. Durante o decaimento alfa, ao perder 2 nêutrons e 2 prótons, os prótons particularmente vão levar à formação de um elemento diferente. Se esse for um elemento 1, vou chamá-lo assim, teremos um elemento diferente agora, o elemento 2. Se você pensar no que é gerado, estamos emitindo algo que tem 2 prótons e 2 nêutrons. Sua massa será a massa dos 2 prótons e dos 2 nêutrons. Então, o que é emitido? Estamos emitindo algo que tem uma massa igual a 4. Bom, se você olhar para, que elementos têm 2 prótons e 2 nêutrons? Na verdade, eu não tenho a tabela periódica na minha cabeça, eu esqueci de cortar e colar antes desse vídeo. Mas você não demorará muito para encontrar na tabela periódica um elemento que tem 2 prótons, e esse é o hélio. A massa atômica do hélio é igual a 4. Este é de fato um núcleo de hélio, que é emitido durante decaimento alfa. Este é na verdade um núcleo de hélio. Por ser um núcleo de hélio, que não tem elétrons para se chocar com os seus 2 prótons, este seria um íon de hélio. Basicamente ele não tem elétrons, tem 2 prótons, o que significa que sua carga é +2. Portanto, uma partícula alfa nada mais é do que um íon de hélio, um iíon de hélio com carga +2, que é espontaneamente emitido por um núcleo, só para chegar a um estado mais estável. Esse é um tipo de decaimento, vamos explorar outros. Vou desenhar outro núcleo aqui, vou desenhar alguns nêutrons. Vou desenhar alguns prótons também. Acontece que, às vezes um nêutron não se sente confortável com ele mesmo. Ele olha para os prótons, como fazem diariamente e diz: "sabe do que mais, por alguma razão, quando penso no que realmente quero, sinto que eu deveria ser, na verdade, um próton, se eu fosse um próton, o núcleo inteiro seria um pouco mais estável". Então, ele se torna um próton. Lembrem-se, um nêutron tem carga neutra. O que ele faz é emitir um elétron. Eu sei que nesse momento você deve estar dizendo: ''isso é loucura, eu nem sabia os nêutrons continham elétrons e tudo isso'', e eu concordo com você, é uma loucura mesmo. Algum dia vamos estudar tudo o que existe dentro do núcleo. Digamos que ele possa emitir um elétron, portanto ele emite um elétron. Isso significa que sua massa é aproximadamente igual a zero. Sabemos que, na verdade, a massa de um elétron não é igual a zero, mas estamos falando sobre unidades de massa atômica. Se a massa de um próton é igual a 1, a massa de um elétron é igual a 1/1836 disso. Podemos dizer, então, que sua massa é igual a zero e sua carga é -1, portanto, ele emite 1 elétron, e ao emitir 1 elétron, em vez de ser neutro, ele transforma-se em um próton. Chamamos isso de decaimento beta. Uma partícula beta nada mais é do que esse elétron emitido. Vamos voltar ao exemplo do elemento. Ele tem alguns prótons em alguns nêutrons. Tem os prótons e os nêutrons, e assim, determinamos seu número de massa. O que acontece durante o decaimento beta? O número de prótons mudou? Claro, temos 1 próton a mais do que tínhamos antes, porque o nêutron transformou-se em um próton. Agora, os prótons são +1. O número de massa mudou? Vamos ver. O número de nêutrons é uma unidade menor, mas o número de prótons é uma unidade maior, portanto, o número de massa não mudará, continuará "P" + "N". Sua massa permanece a mesma, ao contrário da situação de decaimento alfa, mas o elemento muda, o número de prótons muda. Agora, mais uma vez, estamos trabalhando com um novo elemento no decaimento beta. Digamos que haja outra situação, digamos que haja uma situação na qual um desses prótons olha para os nêutrons e diz: ''sabe do que mais, eu sei como eles vivem, é muito atraente para mim, eu me adaptaria melhor em nossa comunidade de partículas dentro do núcleo, seria mais feliz, se eu também fosse um nêutron. Nós todos estaríamos em um estado mais estável". Então, o que acontece é que esse pequeno próton, sentindo-se pouco à vontade, provavelmente vai emitir, e essa é uma ideia nova para você, um pósitron. Não é um próton. Ele emite um pósitron. O que é um pósitron? É algo que tem exatamente a mesma massa de um elétron, isto é, 1/1835 da massa de um próton. Bom, mas nós vamos considerar zero, porque em unidades de massa atômica isso é muito próximo de zero. Mas o pósitron tem uma carga positiva. Isso é um pouco confuso, porque ainda colocamos um ''e'' ali. Sempre que vemos um ''e'', pensamos em um elétron. Não nesse caso, porque um ''e'' é porque quase o mesmo tipo de partícula, mas, em vez de ter uma carga negativa, tem uma carga positiva. Esse é um pósitron. Agora, as coisas começam a ficar um pouco exóticas em relação aos tipos de partícula e as coisas com as quais estamos trabalhando, mas isso acontece. Se um próton emitir essa partícula, particularmente toda sua carga positiva vai com ela. Esse próton transforma-se em um nêutron. Chamamos isso de emissão de pósitrons. É bastante fácil entender o que é uma emissão de pósitrons por ser chamada de emissão de pósitrons. Começamos com o mesmo ''e'', que tem um certo número de prótons e um certo número de nêutrons. Qual será o novo elemento? Ele vai perder 1 próton, ''P - 1''. Esse próton vai se transformar em um nêutron. O número "P" será uma unidade menor, o número "N" será uma unidade maior, dessa forma, a massa do átomo inteiro não vai mudar, será "P + N". Mas teremos um elemento diferente, certo? No decaimento beta o número de prótons aumentou, fomos para o lado direito da tabela periódica ou você aumentou nosso, bem, você entendeu. Na emissão de pósitrons, o número de prótons diminuiu. Na verdade, eu deveria escrever isso aqui nas duas reações. Essa é a emissão de pósitrons, tem um pósitron restante. No decaimento beta tem um elétron restante. Eles são escritos dessa mesma forma. Sabe-se que é um elétron porque sua carga é -1, e sabe-se que este é um pósitron porque sua carga é +1. Há um último tipo de decaimento que você deve conhecer, o número de prótons ou nêutrons em um núcleo não muda. É liberado uma tonelada de energia ou, às vezes, 1 próton de alta energia. Chamamos isso de decaimento gama. Decaimento gama significa que esses prótons e nêutrons reconfiguram-se, talvez fiquem um pouco mais próximos, o que fará com que eles liberam energia na forma de uma onda eletromagnética com um comprimento de onda muito grande. Basicamente, uma gama chamada de partícula gama ou raio gama, isso significa uma energia muito alta. Você não gostaria de estar perto de um raio gama, é muito provável que ele possa ser fatal. Tudo que fizemos e dissemos é bastante teórico. Vamos resolver alguns problemas reais e descobrir com que tipo de decaimento estamos trabalhando. Tenho aqui ⁷Be , cuja massa atômica é igual a 7. Ele é convertido em ⁷Li. O que está acontecendo aqui? O berílio, a massa molecular, permanece a mesma, mas os 4 prótons transformaram-se em 3 prótons. O número de prótons diminuiu, a massa total não mudou, então, com certeza esse não é um decaimento alfa. No decaimento alfa, 1 hélio inteiro é liberado do núcleo. Então, o que é liberado? É liberado uma carga positiva, ou é liberado um pósitron. Na verdade, tem isto aqui nessa equação, este é um pósitron. Portanto, esse tipo de decaimento, de ⁷Be para ⁷Li, é uma emissão de pósitrons. Muito bem, agora vamos para o próximo exemplo. O ²³⁸U desintegra-se para ²³⁴Th. Vemos que a massa atômica é 4 unidades menor, -4, e que o número atômico é menor, isto é, o número de prótons é 2 unidades menor. Portanto, é liberado algo que basicamente tem uma massa atômica igual a 4 e um número atômico igual a 2, ou seja, hélio. Este é um exemplo de decaimento alfa. Esta, bem aqui, é uma partícula alfa, e este é um exemplo de decaimento alfa. Você provavelmente está pensando agora que algo estranho está acontecendo aqui, porque se eu passar de 92 prótons para 90 prótons, eu ainda tenho 92 elétrons por aqui, então, eu não deveria ter agora uma carga -2. Ainda melhor, este hélio liberado, ele não contém nenhum nêutron, é apenas um núcleo de hélio. Então, isso não teria uma carga +2? Se você pensou nisso, você está absolutamente certo, mas a realidade é que durante esse decaimento, o tório não tem por que segurar os 2 elétrons, portanto, esses 2 elétrons desaparecem. Na verdade, ele quer 2 elétrons para tornar-se estável, ele pega muito rápido 2 elétrons de qualquer elemento com o qual esteja se chocando, e assim, o hélio torna-se estável. Poderíamos escrever isso de qualquer maneira. Vamos agora resolver outro problema, tenho aqui o iodo. Vamos ver o que está acontecendo. A massa não está mudando, provavelmente os prótons transformam-se em nêutrons, ou nêutrons transformam-se em prótons. Vejo aqui que tem 53 prótons, e agora tem 54 prótons, portanto, 1 nêutron deve ter se transformado em 1 próton. Provavelmente, um transformou-se em 1 próton. Um nêutron transforma-se em um próton liberando 1 elétron. Bom, vemos isso nessa reação bem aqui. Foi liberado, então, 1 elétron. Esse é um exemplo de decaimento beta. Essa é uma partícula beta. Esse é um exemplo de decaimento beta. Bom, seguimos a mesma lógica, você poderia pensar que passamos de 53 para 54 prótons. Com esse próton a mais, essa carga aqui não seria positiva? Seria. Mas, ele vai pegar alguns elétrons de qualquer elemento para ficar estável. Você está completamente certo em pensar que durante um curto período de tempo isso seria um íon. Vamos agora resolver outro problema. O ²²²Rn, seu número atômico é 86, desintegra-se para ²¹⁸Po, cujo número atômico é 84. Isso é realmente interessante. O polônio é chamado assim devido à Polônia, porque Marie Currie, naquela época a Polônia, isso foi no final do século passado, por volta do final dos anos 1800, a Polônia não existia como um país separado, foi dividida entre a Prússia, Rússia e Áustria. Os polacos queriam que as pessoas soubessem que, na verdade, eles eram um único povo. Eles descobriram que o decaimento do radônio forma esse elemento, que recebeu o nome de sua pátria, Polônia. É o privilégio de descobrir novos elementos. Bom, voltemos ao problema. Então, o que aconteceu? A massa atômica é 4 unidades menor, o número atômico é 2 unidades menor. Mais uma vez, uma partícula de hélio foi provavelmente liberada, um núcleo de hélio, algo cuja atômica é igual a 4 e cujo número atômico é igual a 2. É isso aí, então, este é um exemplo de decaimento alfa. Isso pode ser reescrito como um núcleo de hélio, não contém elétrons. Poderíamos até dizer, imediatamente, que teria uma carga negativa, mas perde.