Decaimento radioativo é o processo espontâneo através do qual um instável núcleo atômico quebra em fragmentos menores e mais estáveis. Você já se perguntou por que alguns núcleos se deterioram enquanto outros não?
É basicamente uma questão de termodinâmica. Todo átomo procura ser o mais estável possível. No caso de decaimento radioativo, a instabilidade ocorre quando há um desequilíbrio no número de prótons e nêutrons no núcleo atômico. Basicamente, há muita energia dentro do núcleo para manter todos os núcleons unidos. O Estado de os elétrons de um átomo não importa para a decomposição, embora eles também tenham seu próprio modo de encontrar estabilidade. Se o núcleo de um átomo for instável, eventualmente ele se romperá para perder pelo menos algumas das partículas que o tornam instável. O núcleo original é chamado de progenitor, enquanto o núcleo ou núcleos resultantes são chamados de filhas ou filhas. As filhas ainda podem seja radioativo, eventualmente quebrando em mais partes ou elas podem ser estáveis.
Três tipos de deterioração radioativa
Existem três formas de decaimento radioativo: a qual delas um núcleo atômico sofre depende da natureza da instabilidade interna. Alguns isótopos podem decair por mais de um caminho.
No decaimento alfa, o núcleo ejeta uma partícula alfa, que é essencialmente um núcleo de hélio (dois prótons e dois nêutrons), diminuindo o número atômico do pai em dois e o número de massa em quatro
No decaimento beta, uma corrente de elétrons, chamada partículas beta, é ejetada dos pais e um nêutron no núcleo é convertido em próton. O número de massa do novo núcleo é o mesmo, mas o número atômico aumenta em um.
No decaimento gama, o núcleo atômico libera excesso de energia na forma de fótons de alta energia (radiação eletromagnética). O número atômico e o número de massa permanecem os mesmos, mas o núcleo resultante assume um estado de energia mais estável.
Radioativo vs. Estábulo
UMA isótopo radioativo é aquele que sofre decaimento radioativo. O termo "estável" é mais ambíguo, pois se aplica a elementos que não se separam, por motivos práticos, por um longo período de tempo. Isso significa que isótopos estáveis incluem aqueles que nunca se quebram, como protium (consiste em um próton, então não resta nada a perder) e isótopos radioativos, como telúrio -128, que possui meia-vida de 7,7 x 1024 anos. Radioisótopos com meia-vida curta são chamados de radioisótopos instáveis.
Alguns isótopos estáveis têm mais nêutrons que prótons
Você pode assumir que um núcleo em configuração estável teria o mesmo número de prótons que nêutrons. Para muitos elementos mais leves, isso é verdade. Por exemplo, o carbono é comumente encontrado com três configurações de prótons e nêutrons, chamados isótopos. O número de prótons não muda, pois isso determina o elemento, mas o número de nêutrons: o carbono-12 possui seis prótons e seis nêutrons e é estável; o carbono-13 também possui seis prótons, mas possui sete nêutrons; o carbono-13 também é estável. No entanto, o carbono-14, com seis prótons e oito nêutrons, é instável ou radioativo. O número de nêutrons para um núcleo de carbono-14 é muito alto para que a força atrativa forte o mantenha indefinidamente.
Mas, à medida que você se move para átomos que contêm mais prótons, os isótopos ficam cada vez mais estáveis com um excesso de nêutrons. Isso ocorre porque os núcleons (prótons e nêutrons) não estão fixos no núcleo, mas se movimentam, e os prótons se repelem porque todos carregam uma carga elétrica positiva. Os nêutrons desse núcleo maior atuam para isolar os prótons dos efeitos um do outro.
A relação N: Z e números mágicos
A proporção de nêutrons para prótons, ou a relação N: Z, é o principal fator que determina se um núcleo atômico é ou não estável. Os elementos mais leves (Z <20) preferem ter o mesmo número de prótons e nêutrons ou N: Z = 1. Elementos mais pesados (Z = 20 a 83) preferem uma relação N: Z de 1,5 porque são necessários mais nêutrons para isolar a força repulsiva entre os prótons.
Existem também os chamados números mágicos, que são números de nucleons (prótons ou nêutrons) que são especialmente estáveis. Se o número de prótons e nêutrons tiverem esses valores, a situação será denominada dupla mágica. Você pode pensar nisso como sendo o núcleo equivalente ao regra do octeto governando a estabilidade do invólucro de elétrons. Os números mágicos são ligeiramente diferentes para prótons e nêutrons:
- Prótons: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
- Nêutrons: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184
Para complicar ainda mais a estabilidade, existem isótopos mais estáveis com valores Z: N pares a pares (162 isótopos) do que pares com ímpares (53 isótopos), que com valores ímpares-pares (50) que ímpares-ímpares (4)
Aleatoriedade e deterioração radioativa
Uma observação final: se um núcleo sofre decomposição ou não é um evento completamente aleatório. A meia-vida de um isótopo é a melhor previsão para uma amostra suficientemente grande dos elementos. Não pode ser usado para fazer qualquer tipo de previsão sobre o comportamento de um núcleo ou de alguns núcleos.
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