Datação do C 14

Sempre que falamos em "radiação", as pessoas logo fazem "cara feia", "torcem o nariz" em uma manifestação de uma espécie de receio, ou até mesmo por medo em relação ao que essa palavra significa. Porém, estas pessoas provavelmente não sabem que estão constantemente expostas aos mais diversos tipos de radiação, desde as consideradas "naturais" até aquelas "artificiais". Dentre as "naturais", podemos destacar a denominada radiação de fundo, sendo que os seus principais geradores são o radônio, raios cósmicos e nucleotídeos presentes no corpo (ex. carbono 14, potássio-40)

Sem dúvida, a radiação é um fenômeno interessantíssimo, com diversas aplicações nas mais diversas áreas do conhecimento. Na arqueologia, a análise de compostos emissores de radiação tornou-se uma ferramenta muito importante na determinação de dados sobre a idade, tanto de matéria viva ou não, em especial, seres vivos que a muito tempo habitaram a Terra. O método proposto por Willard F. Libby (veja foto ao lado) para usar a radiação do carbono 14 na datação foi muito importante para a arqueologia avançar nos seus conhecimentos sobre o passado.

Denomina-se radioatividade a atividade que certos átomos possuem de emitir radiações eletromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis com o propósito estabilizarem-se. Admite-se que a estabilidade de um núcleo esteja relacionada com a relação entre o número de prótons e nêutrons, de forma que:

Há mais de 50 anos era descoberta a técnica de datação pelo carbono 14
	Ganhador do premio Nobel de Química em 1960, Willard F. Libby foi o cientista que, em 1949, na revista Science, publicou um artigo sobre a datação com radiocarbono. Três anos depois, ele registrara em seu livro Radiocarbon Dating baseada no carbono 14 - elemento essencial na composição dos organismos vivos.
Libby nasceu em Grand Valley, Colorado, em 17 de dezembro de 1908. Ele era um Físico-Químico especialista em radiochemistry, química de átomo particularmente instáveis. Ficou famoso na Universidade de Chicago para o trabalho dele em natural carbono-14 (radiocarbon) e seu uso datando artefatos arqueológicos, e tritium (isótopo do Hidrogênio) natural, e seu uso em hidrologia e geofísica. Saiba mais sobre o cientista consultando o site do prêmio Nobel: http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1960/

Com exceção do hidrogênio, que é um elemento estável mesmo sendo destituído de nêutrons, os elementos entre o hélio (⁴₂He) e e cálcio (⁴⁰₂₀Ca) são muito estáveis e possuem, na relação de prótons e nêutrons o valor igual a 1. Á medida que a relação assume valores maiores, a estabilidade começa a ser comprometida e, quanto atinge-se o número de 83 prótons no núcleo, nenhum número de nêutrons é capaz de neutralizá-lo. O bismuto, (Z = 83) é o último elemento da tabela periódica que possui isótopo estável, ²⁰⁹₈₃Bi.

A datação por radiocarbono, ou carbono-14

No início da década de 1990, um cadáver de homem pré-histórico foi encontrado numa geleira próxima à fronteira entre a Itália e Áustria. Seu estado de conservação era espantoso (havia provavelmente sido desidratado por ventos frios antes de congelar). Os cientistas usaram o método do carbono-14 para determinar que sua morte ocorreu há cerca de 5.300 anos. Mas a questão é: porque?

relembrando...

A massa atômica ou a massa de um átomo é dada pela seguinte relação:

A = Z + N

sendo

A = massa do átomo*

Z = número atômico, que é igual ao número de prótons do núcleo,

N = número de nêutrons

* Perceba que o núcleo atômico é responsável praticamente por toda a massa do átomo, tendo em vista que a massa do elétron e comparação ao próton, por exemplo, é 1836 vezes menor.

Essa pergunta nos remete a uma análise de como o carbono-14, radioativo, é formado e porque ele é utilizado na datação. Vamos analisar a abundancia dos três isótopos de carbono existente na natureza.

Isótopo	Abundância Natural	Radioativo?
¹²₆C	98,9%	Não
¹³₆C	1,1%	Não
¹⁴₆C	0,000001%	Sim

Os raios cósmicos (ver mais sobre ao lado), que vem do espaço sideral, atravessam a atmosfera terrestre e arrancam nêutrons dos átomos do ar. Os nêutrons têm uma meia-vida curta (certa de 13 min); a 17 km de altitude a concentração de nêutrons é máxima; na superfície da Terra, porém, chega a apenas 2,4 nêutron/cm².s. Com o oxigênio do ar os nêutrons não reagem; com o nitrogênio porém há reação:

Forma-se assim o carbono-14, radioativo (ver relação próton/nêutron) e de meia vida muito longa (5.600 anos). Na atmosfera o carbono-14 se "queima", transformando-se em CO₂, que é absorvido pelos vegetais (no processo de fotossíntese) e daí passa para os animais.

O que são raios cósmicos?

Os raios cósmicos são partículas sub-atômicas, com velocidades próximas à da luz (300.000 km/s), que preenchem todo o espaço cósmico e eventualmente atingem a Terra.

Qual a composição dos raios cósmicos?

Os raios cósmicos galáticos são compostos aproximadamente de:

> 90% de prótons (núcleo do átomo de hidrogênio)

> 7% de partículas alfa (núcleo do átomo de Hélio)

> 1% de núcleos de Carbono, Nitrogênio e Oxigênio (no. atômico entre 6-8)

>1% de elétrons e pósitrons (antipartícula do elétron)

> 0,01% de raios gama (fótons de alta energia)

>0,0001% de núcleos de elementos pesados

A composição dos raios cósmicos primários reflete, ainda que aproximadamente, a composição do Universo. A composição dos raios cósmicos solares é diferente e relacionada à abundância relativa dos elementos no Sol.

Fonte: Projeto Microsul - UFSC

http://server.fsc.ufsc.br/~canzian/rcosmicos/

Partindo do pé-suposto que a quantidade de carbono-14 manteve-se constante nos últimos 20.000 anos, o teor de carbono-14 também é constante nos vegetais e animais, enquanto vivos (cerca de 15 desintegrações por minuto e por grama de carbono total).

No entanto, quando o vegetal ou animal morrem, cessa a absorção de CO₂ com carbono radioativo, e começa o decaimento do carbono-14, de acordo com a equação:

Esse decaimento, assim, após 5.600 anos, a radioatividade cairá para a metade. Desse modo, medindo a radioatividade residual do fóssil, podemos calcular a sua idade. A grande dificuldade está no fato de essa radioatividade ser muito fraca; são necessários, então contadores de grande precisão e, ainda por cima, isolados da influência dos raios cósmicos. que chegam constantemente à superfície da Terra. Com esses cuidados, podemos efetuar datações de até 40.000 anos, com erros da ordem de 200 anos.

Na caverna de Lascaux (França) foram encontradas pinturas do homem pré-histórico, que, por análise do carbono 14, revelaram ter aproximadamente 16.000 anos.

Entendendo o conceito de meia vida com um exemplo doméstico

Um exemplo caseiro pode apresentar, de forma simples, o conceito de meia-vida: uma família de 4 pessoas tinha 4 kg de açúcar para seu consumo normal. Logicamente, a função do açúcar é adoçar o café, o refresco, bolos e sucos. Adoçar é a atividade do açúcar, assim como a emissão de radiação é a atividade dos elementos radioativos.

Por haver falta de açúcar no supermercado, foi preciso fazer um racionamento, até a situação ser normalizada, da seguinte forma: na primeira semana, foram consumidos 2 kg, metade da quantidade inicial, e conseguiu-se. fazer dois bolos, um pudim, refrescos, sucos, além de adoçar o café da manhã. Na segunda semana, foi consumido 1 kg, metade da quantidade anterior e ¼ da inicial. Aí, já não deu para fazer os bolos.

Na terceira semana, só foi possível adoçar os refrescos, sucos e café, com os 500 gramas então existentes.

Procedendo da mesma forma, na décima semana restaram cerca de 4 g de açúcar, que não dariam para adoçar um cafezinho. Essa quantidade de açúcar não faria mais o efeito de adoçar e nem seria percebida. No exemplo citado, a meia-vida do açúcar é de uma semana e, decorridas 10 semanas, praticamente não haveria mais açúcar, ou melhor, a atividade adoçante do açúcar não seria notada. No entanto, se, ao invés de 4 kg, a família tivesse feito um estoque de 200 kg, após 10 meias-vidas, ainda restaria uma quantidade considerável de açúcar.

Se o racionamento fosse de sal, a meia-vida do sal seria maior, por que a quantidade de sal que se usa na cozinha é muito menor do que a de açúcar. De fato, leva-se muito mais tempo para gastar 4 kg de sal do que 4kg de açúcar, para uma mesma quantidade de pessoas (consumidores).

fonte: Apostila educativa: Radioatividade - CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear

http://www2.cnen.gov.br/ensino/apostilas/radio.pdf

A massa do neutrino e suas conseqüências

Um imenso detector construído no interior de uma antiga mina, no Japão, obteve as primeiras evidências de que as partículas elementares denominadas neutrinos, o contrário do que se acreditava, têm massa.

Os neutrinos são produzidos em reações no interior das estrelas e na atmosfera terrestre. A cada segundo, bilhões passam através do nosso corpo sem que percebemos, pois eles interagem muito pouco com a matéria.

O Superkamiokande, um detector neutrinos instalado sob uma montanha japonesa, a um custo de U$$ 100 milhões, consiste em um tanque da altura de um edifício de oito andares, contendo 50 mil toneladas de água. Alguns poucos neutrinos, entre os bilhões que passam sem interagir, colidem com átomos da água e, em geral, quando ocorre uma colisão, um elétron é atirado para longe em altíssima velocidade. Essa é a vantagem do grande tanque: na água, esse elétron veloz emite radiação (a chamada radiação de Cherenkov), facilmente medida. Através da medição os físicos podem calcular quantos neutrinos de cada tipo passam pelo tanque durante certo intervalo de tempo.

Fonte: Revista Ciência Hoje, n° 142, fevereiro de 1999, p.20.