Radioatividade: Saiba tudo sobre os mistérios da radiação

Radioatividade é a propriedade de determinados tipos de elementos químicos radioativos de emitirem radiações. O fenômeno acontece de duas formas: natural ou artificial. A radioatividade natural ou espontânea ocorre através dos elementos radioativos encontrados na natureza. Já a radioatividade artificial, ocorre quando há uma transformação nuclear, através da união de átomos ou da fissão nuclear, que é um processo observado em usinas nucleares ou em bombas atômicas.

Alguns átomos, como os do urânio, rádio ou tório, são instáveis graças ao resultado da combinação de nêutrons e prótons. A liberação de energia radioativa acontece quando há uma transformação do núcleo instável (desintegração nuclear) e o núcleo começa a perder partículas alfa, beta ou raios gama.

Dá-se o nome genérico de radiação nuclear à energia emitida pelo núcleo. As principais formas de radiação são:

• emissão de nêutrons;
• radiações gama, ou seja, radiação eletromagnética, da mesma natureza que a luz visível, as microondas ou os raios X, porém mais energética;
• radiação alfa (núcleos de hélio, formados por dois prótons e dois nêutrons);
• radiação beta (elétrons ou suas antipartículas, os pósitrons, cuja carga elétrica é positiva).

A partícula alfa é aquela que é desviada em direção ao pólo negativo, ou seja, ela possui uma carga positiva; enquanto a beta é desviada em direção ao pólo positivo e, portanto, possui uma carga negativa. A alfa possui uma massa igual a 4 e a beta não possui massa. Já a radiação gama, não é desviada pelos pólos. Ela não pode ser considerada uma partícula por não apresentar prótons e nêutrons, que são partículas nucleares.

Nas ciências nucleares, a unidade de energia geralmente utilizada é o elétron-volt (eV). As energias emitidas pelo núcleo são acima de 10 mil eV, valor que é cerca de bilhões de vezes menor que o das energias com que lidamos no dia-a-dia. Uma bomba como a de Hiroshima contém apenas 20 kg de matéria-prima, aproximadamente.

A liberação de energia do núcleo se dá através de dois processos principais: decaimento radioativo (também chamado desintegração) e fissão.

1ª Lei da radioatividade (Lei de Soddy)

Quando um átomo emite uma partícula α , seu número atômico diminui em 2 unidades e sua massa diminui em 4 unidades.

_Z X ^A  =   ₂ α  ⁴  +  _Z-2 Y ^A-4

Ex.: ₉₂ U ²³⁵  =   ₂ α  ⁴  +  ₉₀ Y ²³¹

2ª Lei da radioatividade – Soddy, Fajans e Russel

Quando um átomo emite uma partícula β, seu número atômico aumenta em 1 unidade e sua massa permanece constante.

_Z X ^A  =   _-1 β  ⁰  + Z +  ₁ Y ^A

_{Ex.: 83} X ²¹⁰  =   _-1 β ⁰  + ₈₄ Y ²¹⁰

Raio Gama (₀γ⁰)

O Raio Gama são ondas eletromagnéticas da mesma natureza da luz, semelhantes ao raio X. Não têm carga elétrica nem massa.

Exemplo de cálculo:

₉₀X²⁰⁴ → _xα + _yβ + ₉₂Y¹⁹²

Deve-se determinar x e y.

Resolução:

₉₀X²⁰⁴ → _x+2 α ⁴ + _y-1 β ⁰ + ₉₂ Y ¹⁹²

Montamos duas equações:

a) uma para os índices superiores:
204 = 4x + 0y + 192
x = 3

b) uma para os índices inferiores:
90 = 2x + (-1y) + 92
90 = 2(3) -1y +92
y = 8

₉₀ X ²⁰⁴ → ₃₊₂ α ⁴ + _8-1 β⁰ + ₉₂Y¹⁹²

Tempo de meia-vida

A velocidade de transmutação de um elemento radioativo é determinada pela constante de desintegração, também chamada de tempo de vida, e o tempo de meia-vida (semidesintegração). Tempo de vida é o valor que mede a probabilidade de um átomo radioativo sofrer uma transformação na unidade de tempo considerada, enquanto tempo de meia-vida é definido como o tempo necessário para que uma quantidade de substância radioativa reduza sua massa à metade.

A natureza probabilística da desintegração radioativa conduz à definição do conceito de meia-vida dos elementos, que é a média aritmética dos tempos de vida dos átomos do elemento radioativo antes de sofrerem decaimento. Os períodos de semidesintegração oscilam entre milésimos de segundos (por exemplo, nas variedades do polônio e o astato) e bilhões de anos (como nos isótopos mais estáveis do urânio e do tório).

As transformações sofridas pelos elementos radioativos, existentes na natureza em um total de aproximadamente quarenta, permitem agrupá-los em três séries, chamadas séries de desintegração radioativa. Nestas, os elementos se convertem uns nos outros por sucessivas emissões alfa e beta (a emissão gama não produz intrinsecamente alterações nucleares):

1. Série do urânio, a partir do isótopo 238 do urânio e cujos primeiros elementos são o tório (234), o protactínio (234), o urânio (234), o tório (230), o rádio (226) e o radônio (222). O átomo final da série é o chumbo (206), não radioativo.
2. Série do tório, iniciada com o isótopo 232 do tório e seguida de rádio (228), actínio (228), tório (228), rádio (224) e outros átomos, até terminar com o chumbo estável (208).
3. Série do actínio, a partir do isótopo 235 do urânio, que se transforma sucessivamente em tório (231), protactínio (231), actínio (227), tório (227), frâncio (223), etc., até finalizar no chumbo estável (207). Esta sequência é empregada nos processos de fusão ou ruptura nuclear.

Cálculo do tempo de meia-vida?

A correspondência nos permite formular a expressão geral para calcular a massa final (Mf) existente após x meias-vidas:

M_f = m_i/2^x
x = é o número de meias-vidas transcorridas.

Transmutação nuclear

Fissão Nuclear

Fissão nuclear é a cisão de um núcleo atômico pesado e instável, através do seu bombardeamento com nêutrons. Assim, obtêm-se dois núcleos menores, nêutrons e a liberação de uma quantidade enorme de energia.

₉₂U²³⁵ + ₀n¹ → ₅₆ Ba ¹⁴²+ ₃₆ Kr ⁹¹ + 3 ₀n¹ + 4,6 . 10⁹ Kcal

Os nêutrons liberados na reação irão provocar a fissão de novos núcleos, liberando outros nêutrons, ocorrendo assim uma reação em cadeia. Essa reação é responsável pelo funcionamento de reatores nucleares e pela desintegração da bomba atômica.

Fusão Nuclear

Fusão nuclear é a união de dois ou mais núcleos atômicos produzindo um núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia. No Sol, por exemplo, ocorre a contínua irradiação de energia, na forma de luz, calor ultravioleta e outros, proveniente da reação de fusão nuclear.

4 ₁H¹  =  ₂H⁴ + outras partículas + energia

T = 106 ºC, P = 104 atm

Cinética Nuclear

• Vida-média (Vm): É, estatisticamente, uma estimativa de tempo para que todos os átomos desse elemento sejam desintegrados.

• Constante radioativa (C): Indica a fração de átomos desintegrados na unidade de tempo. Matematicamente, pode-se provar que a vida-média é o inverso da constante radioativa.

• Velocidade de desintegração (V): É a relação entre o número de átomos que sofreu desintegração por emissão de partículas a e/ou b e o número de átomos iniciais em um intervalo de tempo.

Se você quer saber mais sobre o assunto, confira três acidentes causados por radiação no mundo.

Exercícios

1. Uma amostra de 128g de um radioisótopo sofreu desintegração e sobrou apenas 2g. Sabendo que sua meia-vida é de 30 min. Quanto tempo se passou?

a) 2 horas e 30 minutos

b) 3 horas

c) 3 horas e 30 min

d) 4 horas

e) 4 horas e 30 min

2. (Unirio-RJ) O elemento radioativo natural ₉₀ Th ²³² , após uma série de emissões alfa e beta, isto é, por decaimento radioativo, converte-se em um isótopo não-radioativo, estável, do elemento chumbo, ₈₂ Pb ²⁰⁸.O número de partículas alfa e beta, emitidas após o processo, é, respectivamente, de:

a) 5 e 2.

b) 5 e 5.

c) 6 e 4.

d) 6 e 5.

e) 6 e 6

3. (UPE-97) A meia-vida de um determinado isótopo radioativo de massa molar 60g/mol é igual a 70s. A atividade de uma amostra radioativa contendo 60mg do referido isótopo é: (atividade medida em desintegrações por segundo)

a) 6,02 x 10¹⁸

b) 6,02 x 10²³

c) 6,02 x 10¹⁹

d) 6,02 x 10¹⁴

e) 6,02 x 10²²

Gabarito

1. B
2. C
3. A