Cinética da radioatividade.

Um olá para você que chega a este blog. Nesta postagem vou tratar de como estudamos a velocidade de um fenômeno de natureza nuclear ou como usamos tais fenômenos para inferir sobre eventos da natureza ou determinar a idade de objetos. Se você busca saber sobre o básico da radioatividade, tem uma postagem (link) na qual alo do assunto. Compensa olhar lá antes de continuar por aqui.

Antes de falar direto sobre a cinética da radioatividade, abordarei um assunto relacionado para facilitar a compreensão. Trata-se da cinemática, mais precisamente no movimento retilíneo uniforme (MRU). Sabemos que, no MRU, a velocidade se mantém constante, ou seja, deslocamentos iguais se dão em intervalos de tempos iguais.

Willian Arão entre os 38.

No dia 19 de maio de 2021 o nosso meio-campista Willian Arão seguiu os passos de Léo Moura e outros trinta e seis jogadores rubro-negros antes deles e alcançou a marca de trezentas partidas com a camisa do Flamengo.

Fenômenos químicos e físicos.

Chamamos de fenômeno qualquer transformação sofrida pela matéria. Algumas dessas transformações alteram a matéria de forma contundente e outras de forma discreta. Muitas delas são, inclusive, objeto de estudo da física, não da química. Algumas são estudadas por ambas as ciências em uma área comum a elas: a termodinâmica, pertencente à físico-química. 

Temos dois casos principais chamados de fenômenos físicos e fenômenos químicos.

Fenômenos Físicos

São fenômenos nos quais a matéria tem sua forma ou propriedades alteradas. São exemplos transformações físicas as mudanças de estados físicos (link), a maioria dos métodos de separação de misturas (link) e traumas sofridos pelos corpos.

São exemplos de traumas sofridos:

a) o vidro quebrado;

Radioatividade, uma introdução.

Para você pular de cabeça no estudo da radioatividade, seria razoável estar por dentro do modelo atômico de Rutherford (link). Uma vez que este tópico tratará de fenômenos envolvendo os núcleos dos átomos, nada mais justo envolvermos o primeiro modelo a inserir o núcleo no átomo.

Fenômeno reconhecido no final do século XIX e de consequências para a saúde de quem se expõe a ela pouco compreendidas até os anos 50 do século XX. São compreendidos no estudo da radioatividade as partículas emitidas em decaimento de núcleo radioativo, a cinética deste processo e as reações entre núcleos, estáveis ou não.

As reações nucleares envolvem os núcleos dos átomos, por mais óbvio ou besta que pareça esta afirmação. Reações químicas como a combustão de um pedaço de papel, envolvem suas eletrosferas.

Sempre associada à imagem abaixo, a radioatividade, obviamente, possui seus perigos, mas se gerida com cuidado também tem seus benefícios.

Conceitos derivados do modelo atômico de Rutherford.

Uma vez compreendida a ideia por trás do modelo de Rutherford (link) para o átomo. Resta-nos explorar conceitos derivados dele. O átomo, segundo Rutherford, é uma esfera repleta de espaços vazios. Em seu centro encontramos o núcleo. Em volta dele, a eletrosfera. No núcleo estão os prótons e os nêutrons, na eletrosfera estão os elétrons.

Atribuímos aos prótons a carga unitária positiva e aos elétrons a carga unitária negativa. Aos nêutrons nenhuma carga é atribuída, mas ele possui uma massa que será considerada unitária, como a do próton. O elétron possui uma massa 1836 vezes menor que a do próton ou a do nêutron. De tão pequena, a ignoramos e tratamos por zero mesmo.

De posse de tais informações, dizemos que a massa do átomo corresponde à massa de seu núcleo e que a carga do átomo corresponde ao balanço de cargas entre seu núcleo e sua eletrosfera.

Deste conjunto de observações surgem os seguintes conceitos.

Número Atômico (Z)

Representado pela letra Z maiúscula, é o nome dado à quantidade de prótons no núcleo do átomo. Ele é, em última análise, a identidade de um elemento.

Número de Massa (A)

Representado pela letra A maiúscula, é a soma de partículas dotadas de massa dentro do núcleo do átomo. Ou seja, é a soma de prótons e nêutrons.

Relação entre o número de massa (A) e o número atômico (Z)

A = Z + n

Onde n é a quantidade de nêutrons dentro do núcleo do átomo.

O que é elemento?

Com a apresentação do modelo atômico de Dalton (link), a teoria atomística faz sua primeira contribuição em termos de conceitos fundamentais para a sequência do conteúdo.

Falo do significado de elemento.

Para os gregos, os elementos eram a terra, a água, o ar e o fogo. Alterações entre quantidades desses elementos alteram as substâncias. A ideia das alterações faz sentido, mas partindo do conceito errado, não tem como acertar.

Dalton definiu elemento como um conjunto de átomos idênticos, pois acreditou que todos possuem a mesma massa, a única propriedade atribuída aos átomos. Muito provavelmente por ser um modelo inspirado em resultados experimentais do século XVIII envolvendo as massas das substâncias.

Sabemos hoje que este conceito está errado, mas é o suficiente para romper com a ideia clássica de elemento e colocarmos novos elementos em destaque.

Sabendo que existe o elemento oxigênio e o elemento carbono. Podemos entender melhor os gases oxigênio e carbônico. Assim como o grafite e o diamante.

Diagrama de fases de uma substância.

A partir do momento que sabemos a diferença entre uma substância pura e uma mistura e o significado de suas propriedades específicas, podemos aprofundar um pouco no que diz respeito a temperaturas de fusão e ebulição. É provável que você tenha notado o fato de que, sempre ao informar o valor de temperatura d fusão de uma substância, eu tomei o cuidado de informar em qual altitude. O mesmo valendo para a temperatura de ebulição e também para a de sublimação.

Isto acontece pelo fato de as temperaturas de mudança de estados físicos serem dependentes da pressão ambiente. Se a pressão que a vizinhança exerce sobre o sistema se altera, a temperatura para mudar de estado físico também sofrerá alteração.

Exemplo: no topo do monte Everest a pressão ambiente é menor, pois a atmosfera é rarefeita. A temperatura de ebulição da água cai para quase 70 °C. Por outro lado, dentro de uma panela de pressão, ao nível do mar, a água pode chegar 120 °C e ainda está líquida. Note que a panela de pressão precisa estar ao nível do mar, ou mais próxima possível, para ser eficiente.

E se usarmos uma panela de pressão no topo do monte Everest? Aí a temperatura de ebulição da água dentro da panela será maior que 70 °C, mas não chegará aos 120 °C, ficando bem abaixo disso.

Para compreender melhor toda esta relação, os cientistas se deram ao trabalho de montar gráficos com esta relação entre pressão e temperaturas nas quais as substâncias mudam de estados físicos. Chamamos eles de Diagramas de Fases:

Estudo das misturas III.

Na etapa anterior (link) eu comentei bem brevemente sobre a fase ser algo visível a olho nu ou não. Nos exemplos só trabalhamos com casos simples para a melhor assimilação do conteúdo. Agora concluiremos esta minissérie das misturas.

As dispersões são o nome dado às misturas heterogêneas. As homogêneas são chamadas de soluções. Elas podem ser sólidas, líquidas ou gasosas.

Barra de ouro, solução sólida.

Água potável, solução líquida.

Desconsiderando as nuvens, o restante da atmosfera forma uma solução gasosa. Desde que tomemos uma certa massa de ar sem grandes variações de altitude.

Sistema, substância e mistura.

A partir de agora desenvolveremos os conceitos normalmente abordados quando se define matéria (link). Houve um salto de várias postagens até chegar aqui, este salto se faz necessário para que os significados de sistema, substância, substância pura e mistura sejam construídos em bases firmes.

Comecemos por definir sistema: é uma parte do universo que se deseja estudar. Parece besta, mas fica pior, olha a figura abaixo.

Chamamos de fronteira a parte que separa o sistema do restante do universo. E o universo? É literalmente todo o resto. E vizinhança é a parte do universo que se encontra do outro lado fronteira em ralação ao sistema, mas próxima.

Vamos aos exemplos: se estudamos a água dentro de uma garrafa tampada e cheia de água. O sistema é a água e a fronteira é a garrafa. Vizinhança é a atmosfera ao redor da garrafa e a superfície sobre a qual a garrafa se apoia, isto se ela não estiver pendurada. Se este experimento for no espaço, pela microgravidade, a garrafa só estará em contato com a atmosfera do laboratório.

Uma sugestão para você me responder nos comentários: se estudarmos uma lata de refrigerante, quem serão o sistema, a fronteira e a vizinhança?

Mudanças de estados físicos da matéria.

Entre as transformações que a matéria pode sofrer, estão as mudanças de estado físico. Para evitar complicações, trabalharemos com apenas três estados físicos: sólido, líquido e gás.

Segue abaixo um diagrama com as mudanças de estado físico entre os três estados mais conhecidos.

Abaixo seguirão os conceitos de cada mudança entre os três estados físicos da matéria citados:

Fusão

É a passagem do estado sólido para o líquido. Ocorre à medida que se aquece o sólido e sua contraparte é a solidificação.

Propriedades físicas da matéria.

Entre as propriedades específicas da matéria, as propriedades físicas são talvez as que mais ajudam a identificarmos os diferentes tipos de materiais. Principalmente pelo fato de mensurarmos elas tabelarmos seus valores para cada material conhecido. Vamos a elas:

Densidade e Massa Específica

Chamamos de densidade e massa específica a razão massa e volume. Mas as duas são diferentes. A densidade se aplica a corpos ou objetos caso tenham espaços vazios em seus interiores ou sejam constituídos por mais de um tipo de material.

Um exemplo disso é o bronze (imagem acima). Constituído de cobre e estanho, sua densidade não corresponde à do cobre puro e maciço (que não é oco) e muito menos à do estanho nas mesmas condições.

Quando o material se encontra puro e é maciço, a densidade dele é chamada de massa específica. Assim dizemos que massa específica é aplicada a corpos ou objetos maciços e que não sejam a combinação de diferentes materiais. Caso desobedeça uma das duas condições, a razão entre massa e volume para aquele objeto será chamada de densidade.

Na imagem acima temos blocos maciços de alumínio. As densidades deles são idênticas à massa específica do alumínio, pois obedecem às duas condições citadas anteriormente.

Peço desculpas se estou sendo repetitivo, noto com frequência os estudantes em dificuldades para compreender a diferença.

Propriedades organolépticas da matéria.

Chamamos de organolépticas a propriedades da matéria percebidas pelos nossos órgãos dos sentidos. E são justamente elas que nos permitem identificar alterações nas outras propriedades da matéria.

Algumas pessoas são desprovidas de um desses órgãos e podem apresentar alguma dificuldade em identificar tais alterações. Outras pessoas, como os daltônicos, são incapazes de distinguir um grupo particular de cores, outras não identificam alguns odores e outro grupo pode ser incapaz de ouvir certas frequências sonoras. A visão parcial também é possível de ser encontrar e há até que só veja em preto e branco.

Por outro lado, também existe a sinergia de sentidos. Pessoas que sentem sabores ao ouvir uma música. Ou que sentem odores agradáveis ao contemplar um quadro. Mais raro ainda são os casos de sinergia de mais de dois sentidos simultaneamente.

Vamos a cada um deles.

Sabor

Pode parecer algo bobo para uma pessoa que possua todos os sentidos dentro da normalidade para a espécie humana, mas ser capaz de distinguir sabores é fundamental para se manter vivo. Principalmente na infância, período de nossa vida no qual conhecemos o mundo trazendo objetos à boca e sentimos sabores atrelados a eles. Um ser humano incapaz de distinguir o gosto de comida estragada do de uma normal precisa de constante ajuda para não se intoxicar.

O jiló é um exemplo de comida com gosto forte e que muitas pessoas não se sentem atraídas por ele. Seu sabor, como qualquer outro é percebido por nossas papilas gustativas, que se encontram na língua. Existem alguns tipos de papilas e cada um deles se encontra em uma região diferente da língua.

Propriedades químicas da matéria.

São chamadas de propriedades químicas aquelas propriedades que são alteradas quando uma reação química ocorre. A reação química também é chamada de fenômeno químico ou de transformação química.

Combustível

Algumas são combustíveis, pois reagem com o gás oxigênio presente na atmosfera e liberam energia durante o processo. A gasolina é um exemplo, mas ela é o nome comercial de uma mistura de hidrocarbonetos (substâncias constituídas dos elementos carbono e hidrogênio) derivados de petróleo, todos eles inflamáveis. O álcool combustível é o nome comercial do etanol. Óleo diesel e querosene seguem o mesmo raciocínio.

Propriedades funcionais da matéria.

 As propriedades funcionais da matéria são comuns a um determinado grupo de materiais, mas variando de intensidade entre eles. Confuso? Então veja as funções a seguir:

Ácidos, bases, sais e óxidos.

Ácidos são, segundo Arrhenius, substâncias capazes de se ionizar em meio aquoso. Mas o que é ionizar? Peço a você a paciência de esperar o tópico em que abordaremos apenas os ácidos. No momento, vamos aceitar que ionizar é aparecer íons onde antes não haviam íons. E o que são íons? Veja aqui (link).

Neste processo, o de ionização, o único cátion (um íon positivo) formado é o H⁺, que é o átomo de hidrogênio desprovido de seu único elétron. Parece um conceito avançado e que introduz vários outros conceitos. Verdade. De modo simples, é característica dos ácidos, ao se misturarem com a água, deixá-la com sabor azedo. Mas não é por isto que você vai provar solução de bateria ou ácido muriático. Um suco de limão ou de abacaxi já bastam, certo?

No caso do suco de limão, a causa do sabor azedo é o ácido cítrico ali presente. Outra característica dos ácidos é conduzir eletricidade em meio aquoso. Fato este que o próprio Arrhenius, citado linhas acima, verificou e apresentou em sua tese de doutorado.

Propriedades da matéria: as propriedades específicas.

Ficou implícito na postagem sobre propriedades gerais da matéria que existem propriedades com as quais somos capazes de distinguir os diferentes tipos de matéria. Tais propriedades são as propriedades específicas. O detalhe é que este grupo de propriedades se divide em quatro subgrupos, cada um deles recheado de propriedades. A seguir temos os subgrupos:

Funcionais (link)

Químicas (link)

Organolépticas (link)

Físicas (link)

Apresentarei exemplos de como as propriedades específicas nos ajudam a identificar os diferentes tipos de matéria.

Situação A: dois recipientes contendo água potável e óleo de cozinha.

É óbvia a diferença visual entre os dois. Mas mesmo uma pessoa desprovida de 100% da visão ainda será capaz de distinguir os dois conteúdos pelo tato.

Propriedades da matéria: as propriedades gerais.

Como mencionado (link) anteriormente com outras palavras, as propriedades da matéria cumprem um papel fundamental no que diz respeito ao seu estudo, compreensão e até mesmo distinção dos diversos tipos de matéria entre si.

Dito isto, é necessário estabelecermos a classificação das propriedades da matéria em dois grandes grupos: gerais e específicas (link).

Abordaremos aqui as propriedades gerais, ou seja, aquelas que se aplicam à matéria, mas não nos permitem distinguir os diferentes tipos de matéria entre si. Vamos aos exemplos:

Massa

O que é a Matéria?

Você respira matéria?

Você come matéria?

Você bebe matéria?

Você se veste de matéria?

Você dorme sobre matéria?

Você também é matéria?

Esta postagem é uma continuação de "o que é química?" (link aqui). Nela apresentei a definição da química enquanto disciplina de ensino médio. Também tentei mostrar que a definição de química depende de saber o que é matéria. Se sua resposta para as perguntas acima foi sim para todas elas, parabéns, estás no caminho da compreensão deste assunto.

Se consultarmos um livro, veremos: "matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa um lugar no espaço". Isto faz sentido para você? Caso sim seja a resposta, o que significa ter massa e o que significa ocupar um lugar no espaço?

Bem, nos livros você encontrará que "massa é uma propriedade da matéria". No momento peço que você aguarde um pouco, pois tentarei explicar o que é massa numa postagem sobre propriedades gerais da matéria (link).

Ocupar um lugar no espaço é o mesmo que ter volume. Então matéria é qualquer coisa que tenha massa e volume, certo? Sim, mas e volume, o que é? É outra propriedade da matéria... hehehe. Te peço mais um pouco de paciência.

Mas veja, temos desde cedo em nossas vidas a noção de que massa é uma medida da quantidade de pão ou de carne que compramos... e que volume é uma medida do tamanho do pão ou do pedaço de carne que comemos.

É possível ir além disso, matéria não é só pão e carne. Matéria é tudo que nos cerca. Tudo que possui massa e volume... hehehe

Desde os maiores exemplos que podemos imaginar, como uma estrela...

... aos menores seres vivos, como as células.

Uma borboleta é um exemplo de matéria. Assim como o ar ao redor dela, o vegetal sobre o qual ela se encontra apoiada também é. O chão abaixo dela também.

Em resumo... tudo, melhor dizendo, quase tudo ao nosso redor é exemplo de matéria. O que inclui eu e você. Faz ideia de algo ao nosso redor que não seja matéria? Se souberes a resposta, deixe nos comentários.

Corpo

E quanto a corpo? É dito nos livros que corpo é uma porção limitada de matéria. Por limitada devemos entender que tem tamanho definido, que é finito ou tem fim. Não precisamos saber o tamanho exato, bastar observar que não é infinito.

Vamos a exemplos:

Gelo simplesmente é um exemplo de matéria. Pois não especifica quantidade.

Um bloco (ou cubo) de gelo, por outro lado, é um corpo. Pois tem um tamanho definido, por maior que seja, quando utilizamos a palavra bloco ou a palavra cubo.

Madeira é um exemplo de matéria.

Já um pedaço de madeira é um corpo.

Areia é um exemplo de matéria.

Um monte de areia é uma quantidade finita de matéria, ou seja, um corpo.

Mármore carrara ou mármore de carrara é matéria.

O bloco deste tipo de mármore é um corpo.

Objeto

Avançando um pouco neste processo. Objeto é nome que nós damos a corpos com forma e função definidos. Exemplo: uma estátua de gelo.

Quando se transforma um pedaço de madeira de modo que ela tenha forma e função definidos, sozinho ou como parte de algo maior, ela se torna um objeto.

Um castelo de areia também é um objeto.

O mesmo raciocínio podemos fazer para o mármore, um bloco de mármore e a estátua de Davi (link), concebida e criada por Michelangelo (link), há pouco mais de cinco séculos.

Assim como o aço, um lingote de aço e um martelo ou machado. Ou a madeira, uma tábua e uma cadeira.

Resumindo o processo. Todo objeto é um corpo, todo corpo é constituído de matéria. Mas o contrário não é verdadeiro.

Energia

Para encerrarmos esta etapa, um último conceito: o de energia. Nos livros você encontra que "energia é a capacidade de realizar trabalho". Não se trata daquilo que você talvez faça toda a semana em troca de um salário miserável. Aqui o significado de trabalho é outro, e descobrimos que trabalho é uma forma de energia. Em resumo, esta definição não nos ajuda. A minha interpretação de energia é: aquilo que é necessário e transformado quando a matéria sofre algum tipo de fenômeno ou transformação. Talvez um pouco confuso, mas vejamos alguns exemplos:

Luz é uma forma de energia. Algumas transformações sofridas pela matéria liberam energia sob a forma de luz. Como os que ocorrem no interior de estrelas, como o nosso sol.

Reações de combustão, ou seja, quando coisas pegam fogo, também emitem luz. Dependendo do material pegando fogo, a luz emitida tem uma cor.

O som, assim como a luz, é outra forma de energia liberada quando certos fenômenos ocorrem, como explosões. Desde um simples trincado que se ouve quando algum vidro que se quebra ou racha, até a mais violenta trovoada já ouvida, também é a manifestação desta forma de energia. O mesmo para quando batemos palmas ou somos surpreendidos por uma buzina ou grito de alguém.

As notas musicais são sons específicos criados por instrumentos musicais por nossas cordas vocais, localizadas em nossas gargantas. Tais sons são emitidos pela vibração de membranas em equipamentos eletrônicos, como as caixas de som.

Ou cordas de violão.

O calor é outra forma de energia que se manifesta quando corpos a temperaturas diferentes entram em contato. Mas também pode ser absorvido quando assamos a comida no forno ou quando queimamos o gás que aquece o mesmo forno.

Quando tocamos em algo muito quente, sofremos um tipo de queimadura causada por calor. Ela é consequência da transferência de energia para nossos corpos.

Quando tocamos em algo muito quente, sofremos um tipo de queimadura causada por calor. Ela é consequência da transferência de energia para nossos corpos.

São muitas as formas de energia, o importante é perceber o seguinte fato: ela se manifesta de alguma forma em alguma transformação à qual a matéria é submetida. Sim, repeti o que disse antes, mas não tem para onde fugir. Os próprios seres vivos sobrevivem desse tipo de transformação, retirando energia dos alimentos para permanecerem vivos.

Ficou alguma dúvida, deixe um comentário. Aqui você encontra a sequência desta postagem. Até a próxima...