Introdução
Imagine que você está se acomodando para assistir ao novo filme de ação em seu teatro local. Você tem um grande tubo de pipoca no colo e está recostado e observando o início das prévias. Cerca de 15 minutos depois, as prévias terminam e você percebe que metade da sua pipoca acabou! Deve ter sido bom. O filme começa e você desacelera um pouco sua alimentação, mas 15 minutos depois de o filme começar, você come metade do que sobrou e reduziu para um quarto de sua pipoca. Isso continua pelo resto do filme até que toda a pipoca acabe.
 |
Se fôssemos fazer um gráfico de como você come pipoca durante o filme, pode ser algo assim. Você pode notar algumas coisas sobre este gráfico. Primeiro, o consumo de pipoca não acontecia em um ritmo constante. Se fosse esse o caso, pareceria mais uma linha reta. O que isso mostra é que você comeu mais rápido no início do que no final, porque mais pipoca é consumida nos primeiros 15 minutos do que nos segundos 15 minutos. A segunda coisa que você pode notar é que a cada 15 minutos você come metade do que comeu.
Meia vida
 |
Esse fenômeno ocorre todos os dias em muitas reações químicas e nucleares e é chamado de meia-vida , que é a quantidade de tempo que metade de uma amostra leva para reagir. Sua pipoca teve meia-vida de 15 minutos, o que significa que a cada 15 minutos, metade dela será comida. Assim como a pipoca, as partículas radioativas têm meia-vida.
Um exemplo de meia-vida
Vamos dar um exemplo. Digamos que temos um monte de átomos de cobalto-60. O cobalto-60 decai até níquel-60 durante o decaimento beta. Mas como sabemos quando os átomos de cobalto-60 irão decair? Todos eles vão se deteriorar de uma vez ou aleatoriamente? Inicialmente, pode parecer que os átomos decaem aleatoriamente, mas sua probabilidade de decaimento pode ser prevista usando a meia-vida de um átomo.
Acontece que a meia-vida do cobalto-60 é de cerca de 5,27 anos. Isso significa que se eu começar com 16 átomos de cobalto-60 e esperar 5,27 anos, provavelmente ficarei com oito átomos de cobalto-60 e oito átomos de níquel-60. Então, se eu esperar mais 5,27 anos, metade dos oito átomos de cobalto-60 que sobraram deve decair, dando-me apenas quatro átomos de cobalto-60 e um total de 12 átomos de níquel-60. Se eu esperar 5,27 anos depois disso, metade do cobalto que sobrou irá se decompor em níquel-60, dando-me 14 átomos de níquel-60 e apenas dois átomos de cobalto-60. Se eu esperar mais 5,27 anos, metade desses dois átomos restantes, ou seja, um átomo, deve decair, dando-me um total de 15 átomos de níquel-60 e um pequeno átomo solitário de cobalto-60. Agora, nunca podemos ter metade de um átomo, então o que acontece a seguir? É aqui que a probabilidade faz mais uma presença. Se eu esperar mais 5,27 anos, há 50% de chance de que o átomo de cobalto-60 restante se decomponha. Ou vai, ou não vai. Se isso acontecer, então todos os átomos terão decaído. Se não, tem 50% de chance de se deteriorar nos próximos 5,27 anos.
Simulando meia-vida
Uma coisa realmente interessante sobre a meia-vida é que ela pode ser simulada com muita facilidade. Tudo que você precisa é um monte de centavos (ou qualquer outro tipo de moeda) e um relógio ou cronômetro. Vamos atribuir meia-vida de 30 segundos a este elemento radioativo fabricado. Primeiro, escreva quantas moedas você tem. Este será nosso valor inicial. Agora espere 30 segundos. Enquanto você espera, agite as moedas em um recipiente ou em suas mãos para que elas se misturem. Quando os 30 segundos tiverem passado, jogue suas moedas em uma mesa e remova todas as ‘cabeças’. Isso deve deixar cerca de metade de suas moedas. As ‘cabeças’ representam átomos ‘decaídos’ e não farão mais parte de nossa amostra. Anote quantas sobraram e sacuda as moedas restantes por mais 30 segundos. Novamente, depois de 30 segundos, despeje suas moedas em uma mesa e remova todas as ‘cabeças’. Anote quantas sobraram e continue este processo até que todas as suas moedas tenham ‘se deteriorado’. Observe no final como você nunca pode ter metade de uma moeda, então, quando você tem apenas uma ou duas moedas, você pode ver a natureza probabilística delas se deteriorando. Você pode acabar sacudindo uma moeda por muitas meias-vidas de 30 segundos porque ela simplesmente não vai se deteriorar! Ou você pode estar com menos de quatro moedas, e todas elas dão cara. t decadência! Ou você pode estar com menos de quatro moedas, e todas elas dão cara. t decadência! Ou você pode estar com menos de quatro moedas, e todas elas dão cara.
Você deve perceber rapidamente que não há como prever exatamente o que acontecerá durante cada agitação, mas pode fazer boas previsões sobre o que deve acontecer. Na verdade, se você fosse representar graficamente seus resultados colocando o tempo no eixo xe o número de moedas ‘radioativas’ no eixo y , você quase sempre deveria terminar com um gráfico parecido com este.
 |
Ampliando
 |
Em reações nucleares, muito provavelmente em vez de começar com 16 átomos ou mesmo 100 átomos, você estaria medindo a quantidade que tem em gramas (ou alguma outra unidade de massa). As mesmas regras ainda se aplicam: se eu começar com 20 gramas de carbono-14 e esperar cerca de 5.730 anos (a meia-vida do carbono-14), cerca de 10 gramas permanecerão e 10 gramas terão sido convertidos em nitrogênio-14 ( esse é o produto de um átomo de carbono-14 que sofreu decaimento beta). É assim que a datação por carbono funciona e é usada para determinar a idade de um artefato. Os cientistas medem quanto carbono-14 resta em uma amostra e são capazes de estimar por quantas meias-vidas ela passou. Isso permitirá que eles tenham uma ideia aproximada da idade do material.
Resumo da lição
Você está cercado por isótopos radioativos. No entanto, muitos não representam uma grande ameaça porque têm meias-vidas muito longas. A meia-vida de um isótopo radioativo é o tempo que leva para metade da amostra reagir, ou decair. Este tempo pode variar de uma porção de um segundo a milhares de anos, dependendo da identidade do isótopo inicial.
Resultados de Aprendizagem
Depois de assistir a esta lição, você será capaz de:
- Definir meia-vida
- Descreva como os gráficos de meia-vida costumam ser
- Calcule a decadência da meia-vida de substâncias