Existem certos isótopos que ocorrem naturalmente que são instáveis ​​devido ao número desequilibrado de prótons e nêutrons que eles têm em seus núcleos de átomos. Portanto, para se tornarem estáveis, esses isótopos passam por um processo espontâneo denominado decaimento radioativo. O decaimento radioativo faz com que um isótopo de um elemento particular seja convertido em um isótopo de um elemento diferente. No entanto, o produto final do decaimento radioativo é sempre estável do que o isótopo inicial. A decadência radioativa de uma determinada substância é medida por um termo especial conhecido como meia-vida. O tempo que uma substância leva para se tornar metade de sua massa inicial por meio da decomposição radioativa é medido como a meia-vida dessa substância. Esta é a relação entre o decaimento radioativo e a meia-vida.

Principais áreas cobertas

1. O que é decaimento radioativo - Definição, Mecanismos, Exemplos 2. O que é Half Life - Definição, Explicação com Exemplos 3. Qual é a relação entre o decaimento radioativo e a meia-vida - Decaimento radioativo e meia-vida

Termos-chave: meia-vida, isótopos, nêutrons, prótons, decadência radioativa

O que é decaimento radioativo

O decaimento radioativo é o processo no qual os isótopos instáveis ​​sofrem decaimento por meio da emissão de radiação. Isótopos instáveis ​​são átomos com núcleos instáveis. Um átomo pode se tornar instável devido a vários motivos, como a presença de um grande número de prótons nos núcleos ou um grande número de nêutrons nos núcleos. Esses núcleos sofrem decaimento radioativo para se tornarem estáveis.

Se houver muitos prótons e muitos nêutrons, os átomos são pesados. Esses átomos pesados ​​são instáveis. Portanto, esses átomos podem sofrer decaimento radioativo. Outros átomos também podem sofrer decaimento radioativo de acordo com sua proporção nêutron: próton. Se essa proporção for muito alta, ele é rico em nêutrons e é instável. Se a proporção for muito baixa, então é um átomo rico em prótons e é instável. A decomposição radioativa de substâncias pode ocorrer de três maneiras principais.

Emissão Alfa

Uma partícula alfa é idêntica a um átomo de hélio. É composto por 2 prótons e 2 nêutrons. A partícula alfa carrega uma carga elétrica de +2 porque não há elétrons para neutralizar as cargas positivas de 2 prótons. O decaimento alfa faz com que os isótopos percam 2 prótons e 2 nêutrons. Conseqüentemente, o número atômico de um isótopo radioativo é diminuído em 2 unidades e a massa atômica em 4 unidades. Elementos pesados ​​como o urânio podem sofrer emissão alfa.

Emissão Beta

No processo de emissão beta (β), uma partícula beta é emitida. De acordo com a carga elétrica da partícula beta, ela pode ser uma partícula beta carregada positivamente ou uma partícula beta carregada negativamente. Se for β^– emissão, então a partícula emitida é um elétron. Se for emissão β +, então a partícula é um pósitron. Um pósitron é uma partícula com as mesmas propriedades de um elétron, exceto por sua carga. A carga do pósitron é positiva, enquanto a carga do elétron é negativa. Na emissão beta, um nêutron é convertido em um próton e um elétron (ou pósitron). Conseqüentemente, a massa atômica não seria alterada, mas o número atômico é aumentado em uma unidade.

Emissão Gama

A radiação gama não é particulada. Portanto, as emissões gama não mudam o número atômico ou a massa atômica de um átomo. A radiação gama é composta por fótons. Esses fótons carregam apenas energia. Portanto, a emissão gama faz com que os isótopos liberem sua energia.

Figura 1: Decaimento Radioativo do Urânio-235

O urânio-235 é um elemento radioativo encontrado naturalmente. Ele pode sofrer todos os três tipos de decaimento radioativo em diferentes condições.

O que é meia vida

A meia-vida de uma substância é o tempo que aquela substância leva para se tornar a metade de sua massa ou concentração inicial por meio do decaimento radioativo. Este termo recebe o símbolo t_1/2. O termo meia-vida é usado porque não é possível prever quando um átomo individual pode decair. Mas, é possível medir o tempo gasto pela metade dos núcleos de um elemento radioativo.

A meia-vida pode ser medida em relação ao número de núcleos ou à concentração. Isótopos diferentes têm meias-vidas diferentes. Portanto, ao medir a meia-vida, podemos prever a presença ou ausência de um determinado isótopo. A meia-vida é independente do estado físico da substância, temperatura, pressão ou qualquer outra influência externa.

A meia-vida de uma substância pode ser determinada usando a seguinte equação.

ln (N_t / N_o) = kt

Onde,

N_t é a massa da substância após t tempo

N_o é a massa inicial da substância

K é a constante de decaimento

t é o tempo considerado

Figura 02: Uma curva de decaimento radioativo

A imagem acima mostra uma curva de decaimento radioativo de uma substância. O tempo é medido em anos. De acordo com esse gráfico, o tempo que a substância leva para atingir 50% da massa inicial (100%) é de um ano. O 100% torna-se 25% (um quarto da massa inicial) após dois anos. Portanto, a meia-vida dessa substância é de um ano.

100% → 50% → 25% → 12.5% → → →

(1^st meia-vida) (2^WL meia-vida 3^rd meia-vida)

O gráfico acima resumiu os detalhes fornecidos no gráfico.

Relação entre decadência radioativa e meia-vida

Existe uma relação direta entre o decaimento radioativo e a meia-vida de uma substância radioativa. A taxa de decaimento radioativo é medida em equivalentes de meia-vida. Da equação acima, podemos derivar outra equação importante para o cálculo da taxa de decaimento radioativo.

ln (N_t / N_o) = kt

uma vez que a massa (ou o número de núcleos) é a metade de seu valor inicial após uma meia-vida,

N_t = N_o/2

Então,

ln ({N_o/ 2} / N_o) = kt_1/2

ln ({1/2} / 1) = kt_1/2

ln (2) = kt_1/2

Portanto,

t_1/2 = ln2 / k

O valor de ln2 é 0,693. Então,

t_1/2 = 0,693 / k

Aqui, t_1/2 é a meia-vida de uma substância ek é a constante de decaimento radioativo. A expressão derivada acima diz que as substâncias altamente radioativas são gastas rapidamente e as substâncias fracamente radioativas levam mais tempo para se decompor completamente. Portanto, uma meia-vida longa indica um decaimento radioativo rápido, enquanto uma meia-vida curta indica um dia radioativo lento. A meia-vida de algumas substâncias não pode ser determinada, pois pode levar milhões de anos para sofrer decomposição radioativa.

Conclusão

O decaimento radioativo é o processo pelo qual os isótopos instáveis ​​sofrem decaimento por meio da emissão de radiação. Existe uma relação direta entre o decaimento radioativo de uma substância e a meia-vida, uma vez que a taxa de decaimento radioativo é medida pelos equivalentes de meia-vida.

Referências:

1. “Half-Life of Radioactive Decay - Boundless Open Textbook.” Sem limites. 26 de maio de 2016. Web. Disponivel aqui. 01 de agosto de 2017. 2. ”The Process of Natural Radioactive Decay.” Bobos. N.p., n.d. Rede. Disponivel aqui. 01 de agosto de 2017.

Cortesia de imagem:

1. “Decaimento radioativo” Por Kurt Rosenkrantz do PDF. (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia