Radioatividade

A radioatividade é uma propriedade que alguns núcleos atômicos possuem de emitir partículas ou radiação eletromagnética para adquirirem maior estabilidade. As radiações emitidas por núcleos atômicos são classificadas como ionizantes, sendo as mais conhecidas as partículas alfa, beta e a radiação gama.

Por meio das descobertas do cientista francês Henri Becquerel, a radioatividade começou a ser estudada no final do século XIX. De lá para cá, ela começou a ser aplicada em diversos campos de interesse, como a medicina, a agricultura e a indústria de alimentos. Muitos elementos da Tabela Periódica possuem isótopos radioativos, e todos os elementos após o urânio são radioativos.

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Resumo sobre radioatividade

• A radioatividade é a propriedade que alguns núcleos atômicos têm de emitir partículas ou radiação eletromagnética, de forma espontânea ou não, a fim de adquirir maior estabilidade.

• As emissões de átomos radioativos são conhecidas como radiações, sendo também classificadas como ionizantes.

• As principais emissões radioativas dos núcleos são as partículas alfa e beta e também a radiação gama.

• Ao emitir uma partícula alfa, o átomo decai duas unidades de número atômico e quatro unidades de massa.

• Ao emitir uma partícula beta, o átomo aumenta em uma unidade de número atômico.

• Boa parte dos elementos da Tabela Periódica possuem isótopos radioativos, e após o urânio (Z = 92), todos os elementos (e seus isótopos) são radioativos.

• A radioatividade possui ampla aplicação na medicina, na agricultura, na geração de energia e na indústria de alimentos.

• Os estudos com a radioatividade se iniciaram em 1896, com o cientista francês Henri Becquerel.

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O que é radioatividade?

A radioatividade é a propriedade que alguns núcleos atômicos têm de emitir partículas ou radiação eletromagnética, seja de forma espontânea ou não.

Os átomos que apresentam tal propriedade são chamados de radioativos. Essa atividade é benéfica para o núcleo atômico, uma vez que a perda de partículas ou energia garante maior estabilidade. A falta de estabilidade é consequência da presença de um maior número de prótons ou nêutrons no núcleo.

Tipos de radiação

No nosso cotidiano, existem dois tipos de radiações: ionizantes ou não ionizantes. As radiações não ionizantes não são nocivas a nós, sendo de baixa energia. À nossa volta temos diversos exemplos, como a luz, o calor e as ondas de rádio.

Já as radiações ionizantes são originadas do núcleo dos átomos, sendo de maior energia e capazes de retirar elétrons dos átomos, dando origem aos íons. Elas podem ser de origem natural, como os raios cósmicos, de elementos radioativos provenientes da crosta terrestre — que acabam se espalhando pelo solo, água e até mesmo em nosso corpo — ou de origem sintética, sendo produzidas pelo ser humano, como o caso dos raios X.

Entre as radiações ionizantes (ou nucleares), também podem ser destacados dois tipos: partículas, as quais possuem massa e carga elétrica, e ondas eletromagnéticas, que não possuem massa e se propagam na velocidade de 300.000 km.s^-1 (a velocidade da luz). A seguir, elencam-se as três principais radiações ionizantes:

• Partícula alfa (α): é uma partícula positiva, feita de dois prótons e dois nêutrons, tal qual a espécie He²⁺ (ou núcleos de ⁴He).

• Partícula beta (β): é uma partícula negativa, mais especificamente um elétron, ou seja, com massa desprezível. A partícula beta surge da conversão do nêutron em próton.

• Nêutrons (n): são partículas sem carga, mas que percorrem grandes distâncias, com grande poder de penetração. Apesar de não ionizarem diretamente os átomos, são capazes de transferir energia para partículas carregadas, as quais podem produzir ionizações.

• Radiação gama (γ): mesmo após emitir partículas, o núcleo radioativo ainda possui um excesso de energia que precisa ser aliviado. Ele faz isso por meio da emissão de ondas eletromagnéticas, mais especificamente a radiação gama.

As cargas das radiações podem ser mais bem percebidas ao colocá-las interagindo com um campo elétrico, conforme a imagem mostra a seguir.

Leis da radioatividade

As leis da radioatividade são também conhecidas como leis de Soddy e Fajans. Elas são sobre o decaimento radioativo dos núcleos atômicos. O decaimento é um processo de desintegração parcial do núcleo atômico, sendo esta, segundo Ernest Rutherford, a razão para a radioatividade.

• 1ª lei de Soddy e Fajans: o decaimento alfa

Quando um núcleo atômico decai e emite uma partícula alfa, ocorre uma reação nuclear em que a espécie gerada (núcleo filho) possui duas unidades a menos de número atômico e quatro unidades a menos de número de massa.

• 2ª lei de Soddy e Fajans: o decaimento beta

Quando um núcleo atômico decai e emite uma partícula beta, ocorre uma reação nuclear em que a espécie gerada possui uma unidade a mais de número atômico e mantém a sua massa.

Perceba que em ambos os casos ocorreu a mudança do elemento químico (já que se alterou o número atômico). Quando isso acontece, dizemos que ocorreu uma transmutação nuclear.

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Elementos radioativos

Os elementos radioativos são instáveis. Há algumas percepções sobre padrões na estabilidade nuclear. Por exemplo, percebe-se que elementos com número par de prótons e nêutrons são mais estáveis do que os demais com combinações diferentes.

Contudo, conforme se avança na Tabela Periódica, a quantidade de nêutrons aumenta em uma proporção maior que a de prótons, visto que essas partículas nucleares são essenciais para diminuir a repulsão eletrônica entre os prótons, dotados de cargas de mesma natureza, e assim manter o núcleo atômico íntegro. Como os nêutrons são eletricamente neutros, não aumentam a repulsão eletrostática. Mesmo assim, chega-se em um ponto em que o núcleo é suficientemente grande para não ser estável, e, por isso, é possível ver que todos os elementos com número atômico acima de 92 são radioativos, os chamados elementos transurânicos (em referência ao urânio, elemento químico de número atômico 92).

Abaixo do urânio, é possível que os elementos possuam isótopos radioativos também. Nesses casos, são isótopos com a relação de número de nêutrons e prótons maior ou menor do que o isótopo estável. É o caso do isótopo 14 do carbono, que possui dois nêutrons a mais que o isótopo estável conhecido, o carbono-12.

Aplicações da radioatividade

Sem dúvida alguma, a principal forma de aplicação da radioatividade está na medicina. Elementos radioativos (ou radioisótopos) são muito importantes para a obtenção de diagnósticos, como no caso dos exames de raios-X e de tomografia computadorizada.

Ainda na medicina, utilizam-se radioisótopos no tratamento de doenças, principalmente o câncer. Tal tratamento é conhecido como radioterapia, que consiste na destruição de células de tumor cancerígenas pelo uso de fontes de radiação ionizante.

As reações nucleares, mais especificamente a de fissão, são importantíssimas para a produção de energia elétrica, em instalações conhecidas como usinas nucleares.

No meio ambiente, elementos radioativos podem ser empregados para mapear poluentes no ar, na água ou no solo.

Já na indústria de alimentos, os radioisótopos podem ser empregados na irradiação de alimentos, eliminando bactérias, fungos e outros agentes nocivos para nossa saúde. Em frutas e legumes, a radioatividade é capaz de diminuir a ação do hormônio do amadurecimento, aumentando assim o tempo para que sejam consumidos.

A utilização de radioisótopos para esterilização também é feita em medicamentos hospitalares, médicos e odontológicos.

Lixo radioativo

Os materiais radioativos que são produzidos em diversas instalações nucleares, laboratórios e hospitais não podem ser dispostos de qualquer jeito na natureza, justamente por conta da radiação emitida por eles. Geralmente sem utilidade alguma, são conhecidos como rejeito (ou lixo) radioativo.

Assim sendo, antes de serem devolvidos à natureza, devem ser tratados, de modo que seu índice de radiação seja menor ou igual ao do meio ambiente, sem apresentar riscos de toxicidade química.

Rejeitos cuja meia-vida (tempo necessário para uma amostra ter sua atividade radioativa reduzida pela metade) é curta são armazenados em locais apropriados até que sua atividade se equipare à do meio ambiente, sendo assim liberados. No caso de rejeitos de usinas nucleares, em alguns casos os rejeitos ainda podem ter interesse econômico, sendo então comercializados e direcionados para outras atividades.

Na pior das hipóteses, quando os rejeitos não possuem justificativa técnica ou econômica para uso, eles são quimicamente tratados e então direcionados para depósitos específicos de rejeitos radioativos.

Como foi descoberta a radioatividade?

A história da radioatividade se iniciou no final do século XIX, mais especificamente em 1896, com o cientista francês Henri Becquerel. Ao guardar uma amostra de óxido de urânio em uma gaveta que continha placas fotográficas, Becquerel percebeu que o composto de urânio havia escurecido as placas, mesmo elas estando cobertas por um material opaco.

Surpreso, Becquerel acreditava que o óxido de urânio estaria emitindo raios penetrantes e associou tal fenômeno aos raios X, descobertos poucas semanas antes por Wilhelm Röentgen. O comportamento do óxido de urânio foi mais bem descrito pela polonesa e doutoranda Marie Sklodowska Curie. Foi Curie quem cunhou o termo radioatividade e concluiu que estava associado ao elemento urânio, independentemente do composto em que se encontrava. Posteriormente, junto ao seu marido, Pierre Curie, concluiu que outros elementos também apresentavam tais comportamentos, como o tório, o rádio e o polônio, (tendo sido os dois últimos descobertos por ela).

Antes das descobertas do casal Curie, havia muita dificuldade em saber a origem da radioatividade. Porém, em 1898, o neozelandês Ernest Rutherford ajudou bastante, ao conseguir identificar três tipos de radiação: alfa, beta e gama.

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Exercícios resolvidos sobre radioatividade

Questão 1

(Enem 2ª aplicação 2016) A energia nuclear é uma alternativa aos combustíveis fósseis que, se não gerenciada de forma correta, pode causar impactos ambientais graves. O princípio da geração dessa energia pode se basear na reação de fissão controlada do urânio por bombardeio de nêutrons, como ilustrado:

²³⁵U + n → ⁹⁵Sr + ¹³⁹Xe + 2 n + energia

Um grande risco decorre da geração do chamado lixo atômico, que exige condições muito rígidas de tratamento e armazenamento para evitar vazamentos para o meio ambiente.

Esse lixo é prejudicial, pois

a)  favorece a proliferação de microrganismos termófilos.

b)  produz nêutrons livres que ionizam o ar, tornando-o condutor.

c)  libera gases que alteram a composição da atmosfera terrestre.

d)  acentua o efeito estufa decorrente do calor produzido na fissão.

e)  emite radiação capaz de provocar danos à saúde dos seres vivos.

Resposta: Letra E

O risco do lixo radioativo está justamente no fato de ele ser nocivos a nós, seres vivos. É por isso que existem diversas regras de controle e tratamento para esses rejeitos específicos, já que a radiação gerada é capaz de produzir doenças em nós, sendo a principal delas o câncer.

Questão 2

(Uerj) O reator atômico instalado no município de Angra dos Reis é do tipo PWR – Reator de Água Pressurizada. O seu princípio básico consiste em obter energia através do fenômeno “fissão nuclear”, em que ocorre a ruptura de núcleos pesados em outros mais leves, liberando grande quantidade de energia. Esse fenômeno pode ser representado pela seguinte equação nuclear:

₀n¹ + ₉₂U²³⁵ → ₅₅Cs¹⁴⁴ + T + 2 ₀n¹ + energia

Os números atômicos e de massa do elemento T estão respectivamente indicados na seguinte alternativa:

a) 27 e 91

b) 37 e 90

c) 39 e 92

d) 43 e 93

Resposta: Letra B

Como na reação nuclear há conservação da massa e da carga, o elemento T pode ter seus números atômicos e de massa descobertos por meio do seguinte sistema:

Conservação da massa: 1 + 235 = 144 + A + 2 · 1 → A = 90

Conservação da carga: 92 = 55 + Z → 37