Meia-vida

Figura 1. Um gráfico mostrando a decadência de um núcleo radioativo ao longo do tempo. O tempo que leva a massa ou atividade da fonte (o número de eventos de decaimento por segundo) a cair para a marca de 50% é a meia-vida. A meia-vida nesta imagem é de 1 ano.

Metade vida é o tempo que leva para metade do valor original de alguma quantidade de um elemento radioativo para se decompor. Adicionalmente, uma meia-vida é o tempo que leva para que a actividade de uma fonte caia para metade do seu valor original. A segunda lei da termodinâmica, especificamente a declaração de desordem, pode ser usada para ajudar a entender porque ocorre o decaimento radioativo. Esta afirmação diz que a entropia de um sistema fechado nunca pode diminuir, o que significa que as coisas devem cair mais na desordem, e não na ordem. Este processo é conhecido como “decadência” e a segunda lei ajuda a esclarecer porque a matéria se decompõe num estado cada vez menos organizado ao longo do tempo isto . Parte deste processo inclui certos tipos de átomos que se decompõem em novos e diferentes tipos de átomos a alguma taxa mensurável conhecida como decaimento radioativo.

Todos os materiais radioativos têm núcleos instáveis dentro deles. Além disso, há também alguns núcleos dentro da substância que já estão em seu estado estável, mas a proporção de núcleos estáveis a instáveis em uma amostra pode variar. Os núcleos estáveis na amostra são imutáveis (e em estado energético estável), mas os núcleos instáveis sofrerão algum tipo de decadência nuclear com o tempo para se tornarem estáveis. Isto resulta em uma emissão de alguma forma de radiação. Como meia vida é uma medida de tempo, a meia vida é um valor que determina quanto tempo esta redução para um estado energético mais estável levará.

As substâncias diferentes sofrem uma perda da sua radioatividade mais rapidamente do que as outras. Alguns elementos radioativos podem ter metade de seus núcleos instáveis decaindo em menos de um segundo. Por exemplo, krypton-101 tem uma meia vida de cerca de um décimo de milionésimo de segundo. Em contraste, alguns elementos têm meia vida extraordinariamente longa e levam bilhões de anos para se decompor. O urânio-238 tem uma meia-vida de 4,51 bilhões de anos. Isto significa que levaria bilhões de anos para que o urânio-238 se decompusesse numa proporção de metade de urânio-238 e metade de tório-234. O urânio-235 (outro isótopo natural do urânio) tem uma meia-vida mais curta que o urânio-238, ou seja, apenas ~700 milhões de anos.

Equação

Há uma equação que é freqüentemente usada para determinar quanto de uma certa substância radioativa permanece após um determinado tempo ter passado. Isto é determinado a partir de propriedades como a meia-vida da substância, e quanto da substância havia inicialmente. A equação usada é:

where:

• é a quantidade de substância após o tempo ter passado
• é a quantidade inicial de substância
• é a quantidade de tempo que passou
• é a meia-vida da substância

Adicionalmente, uma equação semelhante pode ser usada para mostrar como a atividade da substância diminui com o tempo. Quando isto está sendo expresso, a equação toma a forma:

where:

• é a atividade da substância após o tempo ter passado
• é a atividade inicial da substância
• é a quantidade de tempo que passou
• é a meia-vida da substância

O gráfico mostrado na Figura 1 é uma representação visual destas equações acima. É importante notar que independentemente da duração real da meia-vida (seja milhões de anos ou alguns nanossegundos) a forma do gráfico será a mesma.

O conhecimento de meia-vida faz parte de como os geólogos datam rochas com datação radioisotópica.