Radioatividade

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A radioatividade é um tema bem obscuro e que gera muito receio nas pessoas. Esses sentimentos são explicados por alguns acidentes em usinas nuclearas (Chernobyl – 1986 e Fukushima – 2011) e pelo impacto da destruição causados pelas bombas atômicas lançadas nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki durante a II Guerra Mundial. Em contraste aos efeitos negativos da radioatividade, temos diversos benefícios proporcionados, como a utilização para exames de raio X e a produção de energia nuclear de forma limpa.

A radioatividade consiste basicamente no estudo das reações nucleares ou radioativas, nas quais há modificação da estrutura nuclear dos átomos. Átomos que possuem uma grande quantidade de prótons no seu núcleo têm a tendência de ser mais instáveis, devido a força de repulsão entre os prótons, mesmo com os nêutrons suavizando esse tipo de força. Assim, os átomos com grande quantidade de prótons possuem uma tendência de diminuírem seu núcleo para ser tornarem mais estáveis. Neste processo, podem ser emitidas partículas α e β e ondas γ.

Emissões de partículas α e β e ondas γ

Como citado anteriormente, no processo de radioatividade podem ser liberadas partículas e até mesmo ondas. As emissões mais estudadas são as partículas α e β e as ondas γ. As partículas α consistem em dois prótons e dois nêutrons, podendo ser associadas com o núcleo do elemento químico Hélio. Devido a carga positiva, essas partículas possuem grande energia de ionização, o que as torna muito suscetíveis a receber elétrons. Já as partículas β consistem em partículas de carga negativa e de massa muito baixa; essas partículas basicamente representam um elétron. As ondas γ são caracterizadas por terem carga nula e sua massa desprezível, o que acaba tornando essas ondas pouco reativas. Na tabela abaixo é apresentado um resumo sobre as principais emissões no processo de radioatividade.

Tabela de emissões radioativas
Tabela de emissões radioativas

Reações nucleares

As reações nucleares consistem em reações químicas nas quais há modificação da estrutura do núcleo atômico. As principais reações nucleares são as fissões e fusões nucleares, a transmutação e as reações com emissão radioativa, também chamadas de decaimento radioativo. Os tipos de reações citadas seguem os princípios de Conservação das Cargas e da Conservação do Número de Massa.

Decaimento radioativo

Primeiramente, abordaremos o decaimento radioativo, no qual as leis de Soddy e de Soddy-Fajjans-Russel explicam as emissões das partículas α e β e das ondas γ.

A Lei de Soddy diz que quando um radionuclídeo emite uma partícula α, são descontadas duas unidades do número atômico e quatro unidades do número de massa. As equações abaixo representam essa reação nuclear geral e alguns exemplos.

_{Z}X^A\rightarrow \hspace{2}_{2}\alpha^4+\hspace{2}_{Z-2}Y^{A-4}+\hspace{2}_{0} \gamma^0

Exemplos

_{84}Po^{214}\rightarrow \hspace{2}_{2}\alpha^4+\hspace{2}_{82}Pb^{210}

_{84}Po^{210}\rightarrow \hspace{2}_{2}\alpha^4+\hspace{2}_{82}Pb^{206}

_{92}U^{238}\rightarrow \hspace{2}_{2}\alpha^4+\hspace{2}_{90}Th^{234}

_{92}U^{235}\rightarrow \hspace{2}_{2}\alpha^4+\hspace{2}_{90}Th^{231}

_{88}Ra^{226}\rightarrow \hspace{2}_{2}\alpha^4+\hspace{2}_{86}Rn^{222}

 

A lei de Soddy-Fajjans-Russel diz que quando um radionuclídeo emite uma partícula β, é aumentado de uma unidade o número atômico, enquanto o número de massa não é alterado; assim, as equações abaixo representam essa reação nuclear geral e alguns exemplos.

_{Z}X^A\rightarrow \hspace{2}_{-1}\beta^0+\hspace{2}_{Z+1}Y^{A}+\hspace{2}_{0} \gamma^0

_{53}I^{131}\rightarrow \hspace{2}_{-1}\beta^0+\hspace{2}_{54}Xe^{131}

_{27}Co^{60}\rightarrow \hspace{2}_{-1}\beta^0+\hspace{2}_{28}Ni^{60}

_{19}K^{42}\rightarrow \hspace{2}_{-1}\beta^0+\hspace{2}_{20}Ca^{42}

_{83}Bi^{214}\rightarrow \hspace{2}_{-1}\beta^0+\hspace{2}_{84}Po^{214}

_{1}H^{3}\rightarrow \hspace{2}_{-1}\beta^0+\hspace{2}_{2}He^{3}

_{81}Tl^{210}\rightarrow \hspace{2}_{-1}\beta^0+\hspace{2}_{82}Pb^{210}

Os processos de decaimento radioativo acontecem de forma sucessiva, intercalando a emissão de partículas α e β até o momento em que o radionuclídeo se torna estável. Como cada radionuclídeo pertencente à mesma série de emissões vai se tornar o mesmo isótopo estável, dizemos que todos esses radionuclídeos pertencem a uma família radioativa.

Transmutações nucleares

As transmutações nucleares consistem em reações nas quais os nuclídeos são bombardeados por partículas, modificando sua estrutura nuclear. Foi através dessa reação que Chadwick fez a descoberta da presença dos nêutrons no núcleo dos átomos, conforme a representação abaixo.

_{4}Be^{9}+\hspace{2}_{2}\alpha^{4}\rightarrow\hspace{2}_{6}C^{12}+\hspace{2}_{0}n^{1}

(_{0}n^{1}:n\hat{e}utron)

Fissão nuclear

A fissão nuclear é uma reação nuclear de transmutação em que o núcleo atômico se quebra liberando uma quantidade muito significativa de energia. A fissão nuclear é o principal procedimento radioativo empregado no mundo, usado para produção de energia elétrica em usinas nucleares e na produção das bombas atômicas. A seguir está representada a fissão nuclear do urânio enriquecido através de figura e equação.

    \begin{flalign*} &_{92}U^{235}+\hspace{2}_{0}n^{1}\rightarrow\hspace energia+\hspace{2}_{56}Ba^{140}+\hspace{2}_{36}Kr^{93}+\hspace{2}3_{0}n^{1}\\& \end{flalign*}

Fissão nuclear do urânio enriquecido
Fissão nuclear do urânio enriquecido

Fusão nuclear

A fusão nuclear é uma reação na qual há aumento do núcleo atômico através da união de dois núcleos menores. Nesse processo, assim como na fissão nuclear, há uma grande liberação de energia. As estrelas liberando energia na forma de luz e as bombas de hidrogênio são grandes exemplos da fusão nuclear. Segue abaixo alguns exemplos esquemáticos da fusão nuclear.

_{1}H^{2}+\hspace{2}_{1}H^3\rightarrow \hspace{2}_{2}He^4+\hspace{2}_{0}n^{1}

Fusão nuclear
Fusão nuclear

Cinética das emissões radioativas

Em relação à cinética das emissões radioativas, podemos relacionar a concentração dos radionuclídeos com a velocidade das emissões radioativas. Essa relação é de primeira ordem, ou seja, em intervalos de tempos iguais haverá o decaimento da mesma proporção de radionuclídeos.

Na cinética das emissões radioativas, o período de meia-vida representa o intervalo de tempo para que a massa dos radionuclídeos diminua pela metade. Assim, a equação abaixo representa o período de meia-vida.

m=\frac{m_{o}}{2^n}

– m: massa dos radionuclídeos após o período de meia-vida;

– m0: massa dos radionuclídeos antes do período de meia-vida;

– n: número de períodos de meia-vida.

Segue abaixo o gráfica que representa a variação da massa do radionuclídeo em função do tempo.

Gráfico de emissão radioativa
Gráfico de emissão radioativa

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