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Escrita de equações nucleares para decaimento Alfa, Beta e Gama

Escrita de equações nucleares para decaimento Alfa, Beta e Gama.  Versão original criada por Jay.

Transcrição de vídeo

RKA2G Neste vídeo, vamos falar sobre os decaimentos radioativos e vamos começar pelo decaimento alfa (α). No decaimento α, o núcleo emite uma partícula alfa, que tem uma composição parecida com o núcleo de um átomo de hélio. E, como vimos no último vídeo, o núcleo de um hélio possui dois prótons e dois nêutrons. E, pelo fato desse núcleo possuir dois prótons, ele tem uma carga 2+. A forma como a gente pode representar essa partícula alfa nessa equação nuclear é vir aqui e colocar o hélio. Como ele tem uma carga 2+, basta colocar, aqui embaixo, o 2. E, como ele tem quatro núcleons, a gente coloca, aqui, 4. Mas essa equação não acaba por aqui porque, conforme vimos no último vídeo, o número de núcleons tem que ser conservado e, como desse lado no urânio-238 nós temos 238 núcleons, desse lado aqui também devemos ter 238 núcleons. Como aqui já temos 4 núcleons, precisamos, ainda, ter algo aqui com 234 núcleons. E, como vimos também, a carga também é conservada. E como, para este urânio aqui, nós temos 92 prótons, então a gente vai ter uma carga igual a 92+, certo? E desse lado aqui, também temos que ter 92+. Como nesse hélio já temos duas cargas positivas, nesse núcleo que nós desconhecemos, ele tem que ter 90 cargas positivas. Então, precisamos encontrar um elemento que tenha 234 núcleons, sendo que ele tem que ter 90 prótons. E, se você for observar na tabela periódica, o elemento que tem 234 núcleons e 90 de número atômico seria o tório. Então, nesse decaimento do urânio-238, nós vamos ter como produto uma partícula alfa, que é igual ao núcleo de um hélio, e o tório-234. Para ficar mais claro, vamos representar visualmente. Inicialmente, a gente tem um núcleo de urânio. E esse núcleo de urânio vai emitir uma partícula alfa que é igual ao núcleo de um hélio, se transformando, neste caso, em um tório-234. Isso é apenas uma representação para o que está acontecendo nessa equação nuclear. Agora que a gente já viu o decaimento α, vamos observar também o decaimento beta (β). No decaimento β, é emitido um elétron. E, como vimos no vídeo anterior, um elétron não é o núcleon, certo? No entanto, ele possui uma carga negativa. E esse elétron aqui é o que corresponde a essa partícula beta, tendo uma carga negativa e, claro, ele não é um núcleon, então a gente coloca esse zero aqui. E, como estamos observando, o nosso tório-234 está emitindo do seu núcleo uma partícula beta. Então, a gente coloca aqui, como um dos produtos dessa equação nuclear, a partícula beta. Sendo que a partícula beta não é um núcleon, por isso a gente coloca esse zero, e ela tem uma carga negativa, ou seja, -1. Como sabemos, em uma equação nuclear, o número de núcleos é conservado, então a gente tem que vir aqui e colocar 234. E, como esse beta não é um núcleon, continua tendo, aqui, 234. Se eu tenho 90 como número atômico, a minha carga positiva, nesse caso, é 90 e desse lado tenho essa carga negativa da partícula beta, então eu tenho aqui -1. Como a carga é conservada, para esse outro núcleo, eu tenho que ter uma carga igual a 91+, já que 91 menos 1 é igual a 90. Então, como essa carga aqui é 91+, eu tenho que ter um elemento com o número atômico igual a 91. E, observando a tabela periódica, a gente vê que esse núcleo com 91 de número atômico e 234 núcleons é igual ao protactínio. Agora, já representamos esse decaimento beta através dessa equação nuclear. Mas vale a pena fazer um comentário sobre a partícula beta. A gente já sabe determinar o número de prótons observando apenas o número atômico, certo? Por exemplo, esse tório tem 90 prótons e esse protactínio tem 91 prótons. E, para determinar o número de nêutrons, basta pegar o número de núcleons aqui e subtrair com esse número de prótons. 234 menos 90 vai ser igual a 144 nêutrons. Então, temos aqui 144 nêutrons. Agora, observando o protactínio, a gente tem 234 núcleons, ou seja, o número de núcleons não mudou do tório para o protactínio. No entanto, o número atômico mudou. Então, se eu tenho 234 menos 91, a gente vai ter aqui 143 nêutrons. Observando essa equação do decaimento β, a gente percebe que o tório ganhou um próton e perdeu um nêutron. Mas por que será que ele está ganhando esse próton e perdendo esse nêutron no decaimento? Uma forma de você entender isso é imaginar como se um nêutron tivesse se transformado em um próton. Eu sei que é muito simples pensar dessa forma, mas, pelo menos, você vai conseguir entender todo esse processo. Então, vamos escrever isso aqui. Nesse processo nuclear, a gente vai ter um nêutron se transformando em um próton. E, como a gente sabe, o nêutron não tem carga e ele é um núcleon, por isso a gente coloca o 1 aqui. Como a gente também sabe, em uma equação nuclear, o número de núcleons é conservado, então, se a gente tem um núcleon aqui, esse próton também é um núcleon. E a carga também é conservada. No entanto, o próton é positivo. Então, se eu tenho uma carga zero desse lado e o meu próton é positivo, eu tenho que ter algum outro elemento que tenha uma carga negativa. E, como a gente já tem um núcleon em ambos os lados da equação, essa outra partícula não pode ser um núcleon. Então, nesse caso, a gente já sabe que essa partícula emitida é um elétron. E nesse processo também tem outra coisa sendo produzida, que é o antineutrino. E todo esse processo é regido pela interação nuclear fraca, mas também não é o objetivo principal deste vídeo. O objetivo principal deste vídeo é que você saiba olhar para essa equação aqui e saber que se trata de um decaimento β. Além disso, também é importante que você saiba escrever todas as informações nessa equação nuclear. E agora, vamos falar sobre o decaimento gama (γ). No decaimento γ, é emitido um raio gama, que, na verdade, não é uma partícula, e sim uma radiação. Por esse motivo, ela é apenas energia e não tem carga elétrica e nem massa. E, como também não se trata de um núcleon, a gente coloca aqui o zero, certo? Neste caso, vamos observar o decaimento γ do tecnécio. Este "m" significa que o tecnécio se encontra em um estado excitado. E ele vai buscar ficar estável. Por esse motivo, ele vai emitir radiação gama. Então, vamos lá: o tecnécio vai emitir esse raio gama e, como já vimos, o raio gama não tem carga elétrica e não é um núcleon. Como eu já falei, o número de núcleons é conservado em uma equação nuclear. Por esse motivo, se a gente tem 99 núcleons aqui, desse lado também tenho que ter 99 núcleons. E, como a radiação gama não é um núcleon, esse elemento que vai sobrar também tem que ter 99 núcleons. E vimos que a carga elétrica também tem que ser conservada. Então, se essa radiação gama não tem carga elétrica, esse núcleo que vai sobrar também tem que ter 43 de carga positiva. O número atômico dele também tem que ser igual a 43. E, observando na tabela periódica, a gente percebe que esse elemento é o próprio tecnécio. Mas agora, como foi emitida essa radiação gama, esse tecnécio não vai se encontrar mais no estado excitado. Ele vai estar em um estado estável. Então, a gente pode dizer que, agora, nós temos um tecnécio estável. O interessante sobre esse tecnécio é que ele é muito utilizado na medicina, principalmente pela facilidade de se obter imagens através da radiação gama.