Reações de transmutação: Saiba como se manifestam

Reações de Transmutação envolve a capacidade que certos átomos possuem de emitir radiações eletromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis, ou seja, aqueles que tem a finalidade de adquirir estabilidade.

Portanto para melhor compreendermos as transmutações relembre um pouco das reações nucleares. Estas envolvem alterações no núcleo do átomo. Consequentemente há a liberação de muita energia ocasionando reações que não obedecem as Leis Ponderais.

Introdução à Radioatividade

Veja coma professora Larissa Marques, do canal do Curso Enem Gratuito, os fundamentos para você compreender as reações nucleares.

Agora vamos aprender o que é reação de transmutação no nosso resumo de química de hoje.

Reações de transmutação, o que são?

Assim como dizemos anteriormente, a transmutação envolve alterações no núcleo do átomo para liberação de energia. Portanto podemos explicar essa característica pelo fato de que a radioatividade envolve a atividade do núcleo, sendo um fenômeno nuclear e natural.

Sendo assim, a emissão de partículas faz com que o átomo radioativo de certo elemento químico transforme-se em um átomo de outro elemento químico. Dessa maneira, podemos dizer então que uma transmutação aconteceu.

Em resumo, uma transmutação representa a emissão de partículas por um núcleo instável para se tornar mais estável, ou seja, acontece o bombardeamento de um átomo estável por várias partículas, formando assim novos elementos químicos.

Reações de transmutação naturais

Essas mudanças no núcleo do átomo podem ocorrer de maneira natural (com maior facilidade em certos átomos) ou pode ser provocada de maneira artificial. Em uma transmutação natural um núcleo instável emite partículas (α ou β e a radiação gama) espontaneamente para se tornar mais estável.

Para explicar esses fenômenos, podemos usas a 1ª e a 2ª Lei da Radioatividade. Da maneira a seguir:

– 1ª Lei da emissão: Também chamada de 1º Lei de Soddy, essa Lei enuncia que toda vez que um certo átomo X emite uma partícula α, ele sofre uma diminuição de 4 unidades no seu número de massa, e de duas unidades no seu número atômico.

Representação química da Lei de Soddy

– 2ª Lei de Soddy-Fajans-Russel: também chamada de Lei de emissão de _-1⁰β, essa Lei destaca o que a emissão de uma partícula β haverá a formação de um isóbaro (elementos que apresentam mesmo número de massa), e o número atômico aumenta uma unidade.

Isso acontece porque a partícula beta não apresenta massa e possui carga negativa, por isso que há formação de um isóbaro. Além disso, nos produtos é preciso que se conserve, no total, o número atômico encontrado antes da seta.

Para compreender melhor essa Lei, observe a sua representação química a seguir:

Aqui é importante ressaltar que no processo de transmutação natural as substâncias são emitidas, liberadas. Sendo assim, as partículas que ocorrem depois das setas, são os resultados, ou seja, as emissões que esses núcleos instáveis liberam para se estabilizarem.

Substâncias nas reações de transmutação naturais

Atenção: Mesmo havendo mudança nos elementos químicos antes e depois da seta, devemos sempre respeitar o balanço das massas e das cargas nucleares.

Para que você entenda melhor, observe o exemplo a seguir:

Neste exemplo o carbono-14 emite uma partícula beta formando um novo átomo, o átomo de nitrogênio.  

Assim temos número de massa igual a 14 nos reagentes e número de massa igual a 14 nos produtos. O mesmo ocorre com o número atômico, onde no lado dos reagentes temos 6 de número atômico, e nos produtos temos o mesmo valor ao somarmos o número atômico do nitrogênio (7) com o da partícula beta (-1).

Reações de transmutação artificiais

A transmutação artificial, como o próprio nome já diz, é algo que não ocorre normalmente na natureza. Ela precisa ser induzida, forçada.

Nesse tipo de transmutação, o núcleo estável de um átomo é bombardeado por uma partícula nuclear, transformando-se em outro elemento químico. Para que isso ocorra, as partículas são lançadas contra o núcleo do átomo, em condições controladas em laboratório.

Dessa maneira, as emissões nucleares podem ser da partícula α, β-(elétron), β+(pósitron), emissão de n(nêutron) e de próton (p), e também há a emissão de energia que envolve a radiação gama.

A primeira transmutação artificial foi feita em 1919 por Rutherford, onde ele bombardeou o átomo de nitrogênio por uma partícula α, formando o átomo de oxigênio e um próton.

Representação de transmutação artificial

Note que na reação acima a soma de números atômicos e números de massa são os mesmos antes e depois da seta. Porém, temos a transmutação do elemento nitrogênio para o oxigênio.

Já em 1932, o cientista James Chadwick bombardeou o átomo de berílio com uma partícula α, e observou que o núcleo deste átomo emitia partículas sem carga elétrica, denominadas de nêutrons.

Veja a representação dessa reação de transmutação a seguir:

Não se esqueça de que devemos respeitar o balanço das massas e das cargas nucleares. Assim, na reação acima temos número de massa igual a 13 em ambos os lados da reação, e número atômico igual a 6 em ambos os lados da reação.

Reações nucleares e suas particularidades

Outro ponto que você deve observar nas reações nucleares é o fato de que se as partículas nucleares se encontram antes da seta da reação, significa que ocorreu bombardeamento de seus átomos.

Além disso do bombardeamento com emissões radioativas, um átomo pode também ser bombardeado por um próton e formar um novo elemento químico como no exemplo abaixo:

Podemos observar na reação acima que em ambos os lados os números de massa são iguais, e o mesmo ocorre com os números atômicos.Por fim, há ainda a possibilidade de bombardearmos um átomo com um nêutron, formando também um novo elemento químico como no exemplo abaixo:

Reações de transmutação e a Fissão nuclear

A fissão nuclear representa a quebra do núcleo de um átomo grande em núcleos menores, através do bombardeamento de um nêutron, e é um exemplo de reações de transmutação artificial.

Em 1938, a fissão nuclear foi descoberta pelo alemão Otto Hahn, que utilizou uma técnica de bombardeamento de núcleos atômicos com nêutrons.

Esse cientista utilizou um nêutron e disparou contra o átomo, porque o nêutron não sofre repulsão com os elétrons da eletrosfera e também não sofre repulsão com os prótons do núcleo, pois não apresenta carga. Assim, consegue atravessar a eletrosfera e entra dentro do núcleo, deixando o núcleo instável. O núcleo por sua vez, irá se dividir em dois átomos menores, liberando grande quantidade de energia.

Representação da equação de fissão nuclear

A primeira fissão nuclear foi feita no urânio 235, que produz bário e criptônio através da seguinte reação:

Observe que cada átomo de urânio que se quebra, libera três nêutrons. Esses nêutrons, por sua vez, irão se chocar com outros núcleos de urânio, sucessivamente, formando uma reação em cadeia.

Exemplos

Vamos treinar e observar alguns exercícios de exemplo

1)(IME-2019)
A respeito das reações abaixo:

Assinale a alternativa INCORRETA:

A) A reação I é uma reação de transmutação artificial
B) A reação II é uma reação de fissão nuclear
C) A reação III é uma reação de fusão nuclear
D) O número de nêutrons do criptônio da reação II é 55
E) A massa atômica do criptônio da reação II é 93.

Gabarito: e

Resolução: a massa do criptônio da reação II é 91, pois somando com a massa do bário (142) e com três nêutrons, teremos o valor de 236, igual à quantidade presente nos reagentes.

2) (Unesp-2013)
Detectores de incêndio são dispositivos que disparam um alarme no início de um incêndio. Um tipo de detector contém uma quantidade mínima do elemento radioativo amerício-241. A radiação emitida ioniza o ar dentro e ao redor do detector, tornando-o condutor de eletricidade. Quando a fumaça entra no detector, o fluxo de corrente elétrica é bloqueado, disparando o alarme. Esse elemento se desintegra de acordo com a equação a seguir:

₉₅Am²⁴¹ → ₉₃Np²³⁷ + Z

Nessa equação, é correto afirmar que Z corresponde a:

a) uma partícula alfa.
b) uma partícula beta.
c) radiação gama.
d) raios X.
e) dois prótons.

Gabarito: a

Resolução: o número de massa entre os dois elementos apresenta uma diferença de quatro unidades, e seus números atômicos apresentam uma diferença de duas unidades, teremos então uma partícula alfa.

Video-aula

Confira com o professor Felipe Sobis um resumo geral da Radioatividade antes de resolver os exercícios de Transmutação:

Exercícios

1 – (MACKY-2014)
Com relação à sequência de emissões radioativas naturais propostas a seguir, podemos afirmar que as radiações ou emissões presentes no processo são:

₉₂U²³⁸ → ₉₀Th²³⁴ → ₉₁Pa²³⁴ → …→ ₈₄Po²¹⁰ → ₈₄Pb²⁰⁶

a) Apenas alfa
b) Apenas beta
c) Radiação alfa e beta
d) Radiação alfa e gama
e) Radiação gama e beta

2 – (FEI-SP-2013) |
Um átomo X, de número atômico 92 e número de massa 238, emite uma partícula alfa, transformando-se num átomo Y, o qual emite uma partícula beta, produzindo um átomo Z. Então:

a) os átomos Y e X são isótopos.
b) os átomos X e Z são isótonos.
c) os átomos X e Y são isóbaros.
d) o átomo Z possui 143 nêutrons.
e) o átomo Y possui 92 prótons.

3 – (UNIRP-SP-2012)
Quando um átomo de isótopo 228 do elemento químico tório libera uma partícula alfa (partícula com 2 prótons e número de massa igual a 4), originando um átomo de rádio, de acordo com a equação:

Os valores de x e y são, respectivamente:

a) 88 e 228
b) 89 e 226.
c) 91 e 227.
d) 90 e 224.
e) 92 e 230.

4 – (FATEC-SP-2012)
Na equação representada a seguir:

Os números de partículas alfa e beta, representados por X e Y, emitidas nesse processo são:

a) 1 e 2.
b) 3 e 4.
c) 4 e 5.
d) 2 e 1.
e) 4 e 3.

GABARITO

1 – C
2 – D
3 – D
4 – B

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