Introdução

Radioatividade é o fenômeno físico-químico, natural ou artificial, aonde um átomo emite partículas elementares com características energéticas capazes de interagir com outros elementos, como realizado na primeira experiência na qual partículas radioativas foram suadas para marcas uma lâmina fotográfica.

Seu estudo tem sido importante para a comunidade humana, pois a manipulação benéfica da radioatividade é amplamente usada na medicina e na geração de energia, como é o caso da tecnologia da radiologia ou na geração de energia nuclear.

Porém, seu uso também pode trazer malefícios ao ser humano. A exposição a certas emissões pode causar danos irreversíveis ao organismo, e a tecnologia nuclear já fora usada para fins bélicos, como o caso das bombas nucleares da II guerra mundial.

Descoberta da Radiação

A radiação atômica é um fenômeno descoberto pelo cientista Antoine-Henri Becquerel em 1896, e confirmado por Marie Curie em 1897.

Realizando experimentos com diferentes sais, estudando materiais fosforescentes, observou que sais de urânio eram capazes de sensibilizar um filme fotográfico, sais que mesmo não sendo fosforescentes eram capazes de tornar o papel preto, notando-se que partículas capazes de atravessar o papel eram liberadas do sal.

Os cientistas envolvidos no principio acharam que se tratava de um fenômeno semelhante aos raios x, radiações descobertas no mesmo período. Porém, as novas radiações se tratavam de algo mais complexo.

O experimento de Rutherford

Rutherford buscou, com o experimento esquematizado na imagem, estudar a influência eletromagnética sobre as emissões radioativas recém descobertas. Foi observado que as partículas beta (β) eram altamente influenciadas pelo anteparo carregado positivamente, deduzindo-se que estas partículas possuem caráter negativo. Analogicamente deduz-se que as partículas alfa (α) possuem caráter positivo, sendo levemente atraídas pelo anteparo carregado negativamente.

Já as partículas gama (γ) não sofrem desvio em seu trajeto, concluindo-se que estas não possuem carga elétrica.

Partículas radioativas

Alfa

α+24

Partícula de constituição igual à do núcleo de He, dois prótons e dois nêutrons, devido à sua baixa velocidade (1/10 da velocidade da luz) possui baixo poder de penetração, sendo barrada por quase qualquer material.

Beta

β−10

Partícula proveniente da fissão de um nêutron, com caráter negativo, desprovida de prótons/nêutrons, possui elevada velocidade, se assemelhando à velocidade da luz (9/10 da velocidade). Possuem médio poder de penetração, sendo repelido por materiais densos como agasalhos, madeira, plásticos.

Gama

γ00

Não é partícula, é uma onda eletromagnética de alta energia, de velocidade aproximadamente igual à da luz, sendo somente barrada por chumbo, concreto e certas pedras.

A exposição às partículas gama pode causar alteração no material genético de um ser humano, acarretando a formação de deformidades em seus descendentes.

Sobre a emissão de partículas

De acordo com a emissão de partículas que os elementos realizam, são perdidos prótons, elétrons e nêutrons, o que ao decorrer do tempo acarreta na mudança de caráter químico do material. Assim, um elemento químico pode se transformar em outro, de acordo com as leis da radioatividade.

Leis da Radioatividade

Transmutações

Diz-se que, quando um elemento emite uma radiação de forma natural, ele sofreu uma transmutação natural. Um exemplo de transmutação é a transformação de Urânio 238 em Radio 226

U92238 →3 α+2

4 +2 β−10 + Ra88

226

Estas transmutações seguem as seguintes leis listadas abaixo:

Lei da Emissão de Raios Alfa

“Quando um átomo emite uma partícula alfa, se transforma em um novo átomo de um elemento de numero de massa com quatro unidades a menos e numero atômico com duas unidades a menos”, segundo a equação abaixo:

XZA → α+2

4 + YZ−2A−4

Nota-se que uma emissão de partículas não caracteriza uma reação química!

Exemplos:Urânio se transforma em Tório

U92238 → α+2

4 + T h90234

Amerício se transforma em Neptúnio

Am95241 → α+2

4 + Np93237

Lei da Emissão de Raios Beta

“Quando um átomo emite uma partícula beta, se transforma em um novo átomo de um elemento de numero de massa igual, porém de numero atômico com uma unidade a mais”, segundo a equação abaixo:

XZA → β−1

0 + YZ+1A

Como dito anteriormente, a geração de uma partícula beta provém da fissão de um nêutron. Este origina um próton, que permanece ligado ao núcleo do átomo primordial, e um elétron, que é emitido em forma de radiação. Também é gerado um antineutrino (v), antipartícula elementar do nêutron, partícula simétrica ao nêutron.

n01 → p+1

1 + e−10 + v0

0

Exemplos:

Carbono se transforma em nitrogênio

C614 → β−1

0 + N714

Transmutação Artificial

Quando uma transmutação ocorre devido ao bombardeamento de partículas alfa ou beta em um átomo estável, diz-se que se realiza uma transmutação artificial.

Exemplos:

Primeira transmutação, realizada por Rutherford:

N714 + α+2

4 → O817 + p+1

1

Transmutação resultante na descoberta do nêutron, por Chadwick

Be49 + α+2

4 → C612 + n0

1

Desintegrações radioativas

As emissões α, β e γ, que ocorrem em substâncias radioativas, provém somente do núcleo atômico, por isso quando se estuda algo sobre elas, falamos que são processos nos quais ocorrem Desintegrações nucleares.

Nos estudos das desintegrações, pode-se observar que uma dada substância radioativa ‘perde’ sua massa ao longo do tempo – devido à liberação das partículas – e que essa liberação leva um determinado tempo para que ocorra.

Velocidade de desintegração

Ao considerar uma substância radioativa X que contenha um número N0 de átomos iniciais, essa substância ao longo de um determinado tempo, ela emite partículas que por conseqüência, diminuem a sua massa inicial – esse período de tempo pode ser denominado Δt. Ao final desse tempo, obtemos um novo número de átomos daquela substância X, que subtraindo a inicial (N0), obtemos a variação do número de átomos dessa substância.

∆ N=N0−N f ∆ t=t f−t 0

Dividindo essa variação do número de átomos com a variação de tempo, obtemos a Velocidade de Desintegração.

V= ∆N∆ t

Meia vida ou Período de Semi-desintegração

Meia vida é basicamente uma denominação à um período de tempo no qual uma amostra radioativa leva para reduzir a sua massa pela metade emitindo partículas α e β. Por exemplo: Temos 10g de uma substância Y radioativa. Ela estará a todo momento emitindo partículas que diminuirão a sua massa. Vamos supor, que depois de 1 ano, a massa inicial de 10g caiu a 5g, ou seja, diminui a massa inicial pela metade. Dizemos então, que a Meia vida da substância Y é de 1 ano.A cada ano, a massa da substância vai reduzir à metade. E essa redução da massa pela metade ocorre até a massa final da substância ficar desprezível.

O estudo da Meia Vida é bastante utilizada nas datações por carbono-14, que por sinal é radioativo. Sabendo a quantidade de carbono-12, a de carbono-14 e a meia vida do C-14, podemos saber quando houve o falecimento do organismo.

Fómulas para o cálculo

M=M 0

2x

No qual,

M é igual a massa final da substância;M0 é a massa inicial;X é o número de períodos que já ocorreram.

t=[( ln M f

M 0)

−0.693 ]×t 12

No qual:

t é o tempo que levou desde o início da desintegração nuclear;Mf e M0 são as massas final e inicial;t1/2 é o tempo tabelado de meia vida para determinada substância.

Fissão Nuclear

Fenômeno descoberto e estudado pelos cientistas Enrico Fermi, Emílio Segrê, Otto Hahn e Fritz Strassman, no qual ocorre a fissão (divisão) do núcleo de um átomo grande, em átomos menores, através do bombardeamento de nêutrons no átomo primário. Um processo de fissão raramente ocorre espontaneamente na natureza, sendo necessária a provocação deste processo a partir do bombardeamento de um átomo instável com nêutrons.

A fissão é um processo que libera energia, que está sendo amplamente discutida e usada como fonte de energia nas usinas nucleares. Esta energia é proveniente das ligações entre as partículas internas do núcleo.

O processo de fissão mais estudado e utilizado é o do Urânio 235. Nota-se que é alta a probabilidade de uma reação de fissão em cadeia, já que a fissão de um átomo de urânio gera novos nêutrons, disparados em direções opostas.

Duas reações da fissão do urânio:

U92235 + n0

1 → Kr3691 + Ba56

142 +3 n01

U92235 + n0

1 → Sr3895 + Xe54

139 +2 n01

Fusão Nuclear

É o processo no qual dois átomos de menor tamanho, em condições de energia e velocidade favoráveis, se unem gerando um novo átomo maior. É necessária muita energia para a ativação da fusão, porém níveis muito maiores de energia são liberadas após a fusão, dependendo do tamanho dos átomos envolvidos. Se os átomos forem pequenos, como o caso da fusão de isótopos de hidrogênio para obtenção de Helio, é liberada energia. Se os átomos forem grandes, há a consumação de energia.

Hoje são estudadas maneiras para o manejo e domínio do processo de fusão nuclear, não sendo possível realizar procedimentos proveitosos para a obtenção de energia a partir deste.

O fenômeno de fusão nuclear mais observado por cientistas é a fusão de átomos de hidrogênio resultante na formação de átomos de Helio, processo que ocorre no Sol e em estrelas no universo. O Sol e suas altas temperaturas fornecem energia suficiente para a ativação da fusão, e são liberadas as radiações que fornecem energia para o nosso planeta.

Duas possibilidades para a fusão do hidrogênio:

H12 + H1

3 → He24 + n0

1 +energia

4 H11 → He2

4 +2 e−10 +energia

Um estudo mais complexo da fusão nuclear ocorrente nas estrelas denota um ciclo chamado de CNO, no qual prótons e átomos de hidrogênio fundem-se a átomos de carbono e oxigênio, originando no final a fissão de um átomo de nitrogênio em um átomo de Helio e um de carbono, como mostrado na figura ilustrativa abaixo:

Aplicações da radioatividade

O fenômeno da radioatividade pode ser aproveitado em diversas aplicações, que abrangem áreas como a medicina e até a indústria bélica. Seguem alguns exemplos se aplicações comuns para a radioatividade:

A radiografia é uma técnica de diagnóstico médico feito por imagens obtidas com raios-X , capazes de atravessar o corpo. Esta técnica torna possível visualizar diferentes tecidos do corpo de um paciente, e, por conseguinte, é possível detectar fraturas ósseas, câncer, e vários outros distúrbios de pacientes.

Usinas de energia nuclear transformam a energia liberada a partir de reações nucleares em corrente elétrica para o abastecimento de redes elétricas.

Tipos de radiação ionizante, aquela que tem energia suficiente para alterar cargas elétricas de matérias, são usadas para esterilizar matérias cirúrgicos ou outros: a radiação produz cargas fatais em células de micróbios eventualmente presentes.

A bomba nuclear é uma arma capaz de destruir cidades pela liberação de energia pela fissão ou fusão nuclear.

A radioterapia consiste no tratamento de tumores a partir do uso da radiação ionizante, que tem o principio de matar células cancerígenas através da aplicação de radiações.

Efeitos fisiológicos da radioatividade

Quando expostas sobre humanos, radiações ionizantes são capazes de romper ligações moleculares dentro das células formando radicais livres, os quais se ligam a outras moléculas e causam danos somáticos ou hereditários. Os efeitos somáticos variam de queimaduras ou irritações na pele, aparecimento de câncer, e até óbito. Os efeitos hereditários são decorrentes da mutação do DNA e se manifestam como doenças genéticas nos descendentes de alguém que foi exposto à radiação.

O acidente na usina nuclear de Chernobyl afetou diversas vítimas e devastou uma cidade. Os descendentes das vítimas de Chernobyl nasceram com diversas anomalias. O acidente ocorrido em Goiânia, no qual várias pessoas entraram em contato com cloreto de césio 137 encontrado em uma máquina de radioterapia e sofreram sintomas da Síndrome Aguda da Radiação. Aproximadamente 6 mil pessoas foram atingidas pela radiação e 60 morreram.

Lixo Nuclear

O lixo nuclear é formado, em sua maior parte, em Usinas Nucleares como a de Angra I e II, usinas brasileiras localizadas no estado do Rio de Janeiro, mas também pode ser formado em industrias de tecnologia, centros de pesquisas físicas e industriais que utilizam material nuclear, como, por exemplo, as máquinas de raio X.

O lixo radioativo é produzido em todos os estágios do ciclo de produção do combustível nuclear, desde a mineração do urânio até o reprocessamento de combustível nuclear irradiado. Toda produção de energia gera lixo e envolve riscos ao ser humano e ao meio ambiente. Grande parte desse lixo permanecerá radioativo por milhares de anos, sendo uma grande ameaça para as futuras gerações. Portanto, o grande desafio é como mantê-lo em condições seguras e invioláveis por tanto tempo. Contudo, a quantidade de lixo nuclear é pequena. Segundo a Agência Internacional de Energia Atômica o que há de lixo radioativo, depois de 50 anos de uso comercial da energia nuclear, não enche um estádio de futebol.

Os principais problemas do lixo radioativo são: ele permanece contaminado por um longo período (como já foi mencionado acima), que pode chegar em até mais de 100 mil anos; ele também representa um constante risco, pois caso haja um vazamento, a radiação emitida por ele pode causar graves problemas de

saúde nas pessoas que forem expostas, como queimaduras, câncer, má formação de crianças e pode até, dependendo do grau de radiação, levar a morte.

Há três categorias de lixo radioativo: resíduo de alto nível; resíduo de nível intermediário e resíduo de baixo nível.

O resíduo de alto nível consiste principalmente em combustível irradiado proveniente dos núcleos de reatores nucleares e de rejeitos líquidos de alta atividade produzidos durante o reprocessamento (processo em que o isotópo radioativo de plutônio é separado do combustível nuclear irradiado por meio de tratamento químico). A remoção de plutônio pelo reprocessamento resulta num imenso volume de rejeito líquido radioativo.

O resíduo intermediário, de maneira geral, é mil vezes mais radioativo que o resíduo de baixo nível. Estes rejeitos de baixo nível podem ser definidos como os resíduos que não requerem blindagem durante o manuseio normal e o transporte. Os resíduos de baixo nível consistem principalmente de itens como roupas de proteção e equipamentos de laboratório que possam ter entrado em contato com material radioativo.

É de grande importância armazenar esse lixo em locais que não ofereçam risco, isolados da população. Assim os resíduos de baixo nível são armazenados em tambores e lacrados, depois são guardados em locais que possuam vigilância constante e que monitorem a radiação do lixo. O lixo nuclear com maior carga radioativa (de nível intermediário) é estocado como líquido concentrado em tanques de aço inoxidável, rodeado por concreto. O lixo nuclear considerado ainda mais perigoso (de alto nível) é transformado em blocos de gelo, que devem ser estocados em minas profundas sob o solo. Em alguns países, como nos Estados Unidos, o lixo é armazenado em túneis profundos localizados no deserto.

Os depósitos de lixo nuclear em alguns países ainda apresentam condições precárias, faltando lugar para armazenar esse material, o que causa sérios acidentes.

Acidentes Radioativos

Os acidentes nucleares são acidentes decorrentes da liberação de radiação em instalações que possam fornecer a mesma, notadamente usinas nucleares, causando sérios danos às pessoas a ao meio ambiente. São caracterizados por causarem sérios danos à saúde humana ou, até mesmo, a morte e danos sérios ao meio ambiente; geram campos de intensa radiação não intencional, onde é liberada grande quantidade de material radioativo.

Abaixo seguem dois dos principais e mais graves acidentes radioativos conhecidos:

Chernobyl (atual Ucrânia), em 26 de Abril de 1986. 

O acidente de Chernobyl, considerado o maior acidente nuclear da história, foi decorrente da explosão do núcleo do reator de uma usina nuclear que existia a 18 km da cidade, causado por falha humana: problemas em hastes de controle do reator que foram mal projetadas e por erro no manuseio da máquina. Houve liberação de produtos radioativos por duas semanas. Dentre as conseqüências do acidente cita-se a poeira radioativa que tomou conta do local e a contaminação das pessoas da região através de água e verdura contaminadas. Nesse acidente centenas de pessoas foram direta ou indiretamente contaminadas, sendo que 115 pessoas sofreram síndrome aguda da radiação; ao final de 8 meses, 31 pessoas haviam morrido.

Após o acidente foi construída uma estrutura de concreto e aço sobre o local acidentado e contaminado, que recebeu o nome de sarcófago. O sarcófago tem a finalidade de impedir a liberação dos 95% do combustível nuclear ainda existente no local.

Até hoje inúmeras pessoas possuem graves seqüelas daquele acidente. Na época, devido à alta contaminação de certos locais (raio maior que 30 km), o governo soviético evacuou cerca de 50.000 pessoas e alguns lugares próximos à usina não foram novamente ocupados.

Goiânia (Brasil), em 13 de Setembro de 1987. 

Um ano e meio após o acidente em Chernobyl, aconteceu o acidente de Goiânia, onde pessoas que trabalhavam de catadores de sucata abriram a golpes de marreta uma peça de equipamento hospitalar para radioterapia que pesava 120 quilos, que estava abandonada em um terreno que continha aproximadamente 19 gramas de césio-137. Este, que se apresenta na forma de pó, foi vendido a um ferro-velho, o dono, encantado com o pó azul que brilhava na falta de luz, fez um anel para sua esposa e distribuiu o pó para amigos e familiares, contaminando ainda mais vítimas.

Quando o acidente foi descoberto, autoridades enviaram policiais e bombeiros, sem proteção adequada, para isolar a área, estes também se contaminaram. As vítimas tiveram suas residências e pertences destruídos e levados para um aterro. Os trabalhadores que fizeram a demolição e o transporte também se contaminaram.

Calcula-se que mais de 60 pessoas foram vítimas fatais e em torno de 6 mil foram contaminadas, produziu-se cerca de 13,4 toneladas de lixo atômico, perigoso ao meio ambiente por mais de 180 anos, que foram condicionados em contêineres fechados hermeticamente, enterrados em uma vala de aproximadamente 30 metros de profundidade e revestida por uma parede de concreto e chumbo de 1 metro de espessura, ainda foi construída uma montanha sobre a vala. Nas proximidades do ferro- velho foi coberto por 7 metros de espessura de concreto para impedir possíveis vazamentos de radiação.

Conclusão

O estudo da radioatividade e de suas características é algo recente na área da química. Seu estudo tem se mostrado muito útil para a humanidade, com fins aplicados à diversas áreas da tecnologia, como a farmácia, a engenharia, a medicina etc...

Porém este estudo ainda apresenta muitas características intrínsecas para os químicos, muitas técnicas ainda são buscadas visando o domínio do conhecimento para maior proveito dos fenômenos, como a obtenção de energia elétrica a partir de fusão ou fissão nuclear.

Referências Bibliográficas

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_nuclearhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Bomba_nuclearhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Radioterapiahttp://www.brasilescola.com/quimica/acidente-cesio137.htmhttp://www.brasilescola.com/historia/chernobyl-acidente-nuclear.htmhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Desintegra%C3%A7%C3%A3o_radioativahttp://plato.if.usp.br/~fma0374d/aula10/node3.html

Universidade Tecnológica Federal do ParanáQuímica 4 – M51 Profª Kely S.

Lucas PetrelliRafael Bernardelli

Raul GrossiSoraia Gatti

RadioatividadeRadioatividade

CuritibaJunho/2010