Radioatividade
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O que é radioatividade?
Existem na Natureza alguns elementos fisicamente instáveis, cujos átomos, ao se desintegrarem, emitem energia sob forma de radiação. Dá-se o nome radioatividade justamente a essa propriedade que tais átomos têm de emitir radiação. O urânio-235, o césio-137, o cobalto-60, o tório-232 são exemplos de elementos fisicamente instáveis ou radioativos. Eles estão em constante e lenta desintegração, liberando energia através de ondas eletromagnéticas (raios gamas) ou partículas subatômicas com altas velocidades (partículas alfa, beta e nêutrons). Esses elementos, portanto, emitem radiação constantemente. A radioatividade foi descoberta pelos cientistas no final do século passado. Até aquela época predominava a idéia de que os átomos eram as menores partículas de qualquer matéria e semelhantes a esferas sólidas. A descoberta da radiação revelou a existência de partículas menores que o átomo: os prótons e os nêutrons, que compõem o núcleo do átomo, e os elétron, que giram em torno do núcleo. Essas partículas, chamadas de subatômicas, movimentam-se com altíssimas velocidades. Descobriu-se também que os átomos não são todos iguais. O átomo de hidrogênio, por exemplo, o mais simples de todos, possui 1 próton e 1 elétron (e nenhum nêutron). já o átomo de urânio-235 conta com 92 prótons e 143 nêutrons.
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- Emissões radioativas naturais
- Séries radioativas naturais
- Cinética das radiações
- Fissão atômica e fusão nuclear
- Carbono-14
- Iodo Radioativo
- Contagem das Radiações
- Efeitos Biológicos
- Efeitos da Radiação
- Unidades de Radioatividade
1- Emissões radioativas naturais
Radioatividade é a emissão espontânea de partículas e/ou radiações de núcleos instáveis.
| Emissões radioativas naturais | Natureza | Velocidade relativa à da luz (c) | Poder de penetração relativo | Poder de ionização relativo |
|---|---|---|---|---|
| α | 2 prótons + 2 nêutrons |
5 a 10% | 1 | 10 000 |
| b | elétron | 40 a 95% | 100 | 100 |
| g | onda eletromagnética | 100% | 10 000 | 1 |
Leis da Radioatividade
Primeira lei da radioatividade
natural (Soddy)
Frederick Soddy, um cientista inglês, considerou a suposta idéia
de que a radioatividade era um fenômeno que resulta de uma
instabilidade nuclear. Desse modo, um átomo radioativo, após
emitir uma partícula (α) ou (β), iria converter-se em átomo de
outro elemento.
Foi constatado que, após a emissão de uma partícula α, o átomo
se converte em um elemento no qual seu número atômico diminui 2
unidades, e sua massa atômica diminui de 4 unidades.
Assim, Frederick Soddy apresentou a Primeira Lei da
Radioatividade também conhecida como Lei de Soddy:
Quando um átomo radioativo
emite uma partícula (α), seu número atômico diminui de 2
unidades e seu número de massa diminui de 4 unidades.
Segunda lei de radioatividade natural (Soddy,
Fajans e Russel)
A Segunda Lei da Radioatividade foi
enunciada por Soddy, Fajans e Russel. Esses três
cientistas descobriram que ao emitir uma partícula
(β), o átomo radioativo aumenta 1 unidade no seu
número atômico e seu número de massa permanece
constante.
Esta Lei também ficou conhecida como Lei de
Soddy, Fajans e Russel:
Quando um átomo
radioativo emite uma partícula (β), seu número
atômico aumenta de uma unidade, e seu número de
massa permanece constante.
2- Séries radioativas naturais
Elementos radioativos naturais
- Todos com Z ≤ 84; parte dos que têm Z entre 81 e 83. São exceções os isótopos radioativos naturais com Z < 81.Séries radioativas naturais
 | Série do urânio 238U
→ 206Pb (4n +
2)
|
| Série do tório 232Th →
208Pb (4n)
|
| Série do actínio 235U → 207Pb (4n + 3) |
Contador Geiger-Muller é o aparelho usado para detectar radioatividade. As emissões radioativas ionizam os gases, tornando-os condutores de eletricidade; este é o princípio de funcionamento do aparelho.
3- Cinética das radiações
v = k·N
v = velocidade de desintegração ou atividade radioativa
k = constante radioativa
N = número de átomos do elemento radioativo
Podemos determinar uma constante para cada elemento.
Exemplo:
Isto é, numa amostra de rádio que contém 2300 átomos, apenas 1 se desintegra no espaço de tempo de um ano.
Meia-vida (t1/2) é o tempo depois do qual metade dos átomos da amostra se desintegra.
Período de semidesintegração ou meia-
vida (P ou t½) - é o tempo necessário para
que a metade dos núcleos radioativos se desintegre, ou seja,
para que uma amostra radioativa se reduza a metade.”
Considere uma amostra com n0 átomos radioativos
iniciais.
Depois de um espaço de tempo, haverá
átomos
que ainda não se desintegraram.
P é definido como o período de semidesintegração.
O tempo para que ocorra a desintegração da metade dos átomos não
depende do número de átomos radioativos iniciais, pois quanto
maior for o número de átomos, maior será a velocidade de
desintegração.
Para cada período “P” que se decorre, há uma redução da metade
da amostra que vai se reduzindo incessantemente até que atingir
uma quantidade muito pequena.
Logo, temos:
onde,
n = número de átomos final
n0 = número de massa inicial
x = número de períodos transcorridos
k·t1/2 = 0,693
Vida média = 1/k
A velocidade de desintegração ou atividade radioativa não depende de fatores externos como pressão e temperatura, nem da substância sob a qual se apresenta o elemento radioativo. Só depende do número de átomos N do elemento radioativo presentes na amostra.
Transmutação artificial (Rutherford, 1919)
14N + 4
α → 17O + 1pA partir dessa, muitas outras transmutações foram conseguidas.
4- Fissão atômica e fusão nuclear
Fissão atômica - Transmutação com divisão do núcleo, dando dois núcleos menores. É a transmutação da bomba atômica.
Enrico Fermi, um físico italiano, descobriu
em 1932 o fenômeno da fissão nuclear que consiste no
bombardeamento dos átomos por nêutrons, resultando em átomos de
núcleos radioativos.
No ano de 1934, Fermi bombardeou o urânio (Z = 92) com nêutrons,
e obteve átomos radioativos. Porém, não foi desta vez que o
fenômeno foi completamente esclarecido.
Alguns anos depois dois cientistas alemães, Otto Hahn e Fritz
Strassman, descobriram a presença de bário, lantânio e criptônio
ao bombardear o urânio com nêutrons.
No entanto, tal experiência só foi explicada pelos cientistas
Lise Meitner e Frisk em 1939.
O átomo de urânio-235 é bombardeado por um nêutron, e divide-se
em dois novos átomos radioativos que emitem normalmente dois ou
três nêutrons.
Massa crítica
Quanto maior for o número de urânio-235, mais chances haverá de
ocorrer novas divisões, originando novos nêutrons e outras
divisões, sucessivamente. Chamamos esse processo de reação em
cadeia, que só ocorre acima de determinada massa de urânio.
Para que a reação em cadeia ocorra é necessária certa quantidade
de massa de urânio. Chamamos de massa crítica essa quantidade de
massa suficiente para iniciar o processo.
Reator Nuclear
Reator nuclear é uma bomba atômica controlada, ou seja, a
qualquer momento a reação em cadeia pode ser cessada ou
acelerada através da introdução ou retirada de barras de cádmio,
que é o elemento que possui a propriedade de absorver os
nêutrons.
Fusão nuclear - Transmutação com união de dois núcleos, dando um único núcleo. É a transmutação da bomba de hidrogênio.
O Sol é responsável por quase toda a energia
que a Terra recebe todos os dias. Tal energia é liberada por
reações termonucleares.
No Sol, a temperatura é muito elevada, e essa temperatura
fornece a energia de ativação necessária para a aglutinação dos
átomos de hidrogênio (H), num processo chamado fusão
nuclear.
Portanto, a síntese do elemento hélio ocorre
a partir do hidrogênio no Sol.
A fusão nuclear libera uma quantidade de energia muito grande,
mas tal processo só ocorre através de temperaturas de milhões de
°C como a do Sol.
Para que fosse possível realizar uma reação semelhante a essa,
tentou-se sintetizar o hélio pela fusão de isótopos de
hidrogênio, produzindo uma bomba de hidrogênio para que ocorra a
reação nuclear.
Ao ser formado, o carbono-14 reage com o O2 atmosférico, formando o C14O2 que é absorvido pelas plantas através da fotossíntese, assim os animais e até mesmo seres humanos, quando ingerem esses vegetais absorvem também o C-14 que se torna constituinte da estrutura destes organismos. Quando a planta ou o animal morre ocorre uma redução na quantidade de C-14 devido à seguinte desintegração:
Essa desintegração ocorre num período de semidesintegração de 5730 anos, portanto, é possível fazer a datação por carbono-14, um processo que determina a idade de fósseis arqueológicos com até 50 mil anos, pois depois deste período a quantidade de C-14 será muito pequena, e os aparelhos não seriam capazes detectar as radiações.
6. Iodo
radioativo
O iodo é utilizado na medicina com o
objetivo de diagnosticar doenças de
tireóide. O período de
semidesintegração do isótopo
é
de 8 dias.
O processo é feito da seguinte
forma:
- uma dose de iodo radioativo é
injetada no sangue do paciente,
rapidamente o iodo será absorvido
pela glândula tireóide.
- após um determinado tempo, é
possível fazer um mapeamento
funcional dessa glândula.
Se caso a glândula estiver
funcionando de maneira inadequada, o
mapa será alterado, e assim a doença
será diagnosticada.
7.Contagem
das radiações
O Contador Geiger-Müller é um aparelho capaz de
detectar a presença de radiações ionizantes. É
formado por um tubo de metal com um fio no
centro, no interior de um tubo de vidro ou
plástico. Em uma das extremidades há a presença
de uma janela coberta por uma substância
delgada. O fio e o tubo de metal estão ligados a
uma fonte elétrica de alta voltagem. A radiação
ionizante penetra pela janela e ioniza o gás,
liberando os elétrons, que se multiplicam e se
dirigem para o fio central. Como resultado
ocorre um pulso elétrico, que passa por uma
amplificação, produzindo um sinal elétrico que é
manifestado por um clique. Cada partícula α ou β
que atravessa o tubo resulta num clique.
Existe outra maneira de detectar uma radiação ionizante, através de um filme fotográfico. Pois o filme é sensibilizado por radiação ionizante da mesma forma que a luz visível.
8. Efeitos
biológicos
A radiação ionizante causa uma série de danos
aos seres humanos, como queimaduras, câncer,
imperfeições genéticas em futuras gerações e até
mesmo a morte.
A radiação atua de forma diferente para cada
tipo de célula.
Lei de BERGONIE e
TRIBONDEAU
A sensibilidade das
células à radiação é diretamente proporcional à
sua atividade reprodutora e inversamente
proporcional ao seu grau de especialização.
Podemos dividir os efeitos da radiação em duas
categorias:
1) efeitos somáticos:
são provenientes de danos nas células do corpo e
se manifestam apenas na pessoa irradiada, não
oferecendo riscos às gerações futuras.
Quando a exposição é aguda, ou seja, a dose
total de radiação é recebida num curto intervalo
de tempo, os efeitos são imediatos (poucas horas
ou semanas), como por exemplo, náusea, perda de
apetite e de peso e até mesmo a morte.
Quando a exposição é crônica, ou seja, a dose é
recebida pouco a pouco, durante anos, os efeitos
são tardios (anos ou décadas), como por exemplo,
câncer, úlcera, catarata, esterilidade,
envelhecimento precoce, leucemia.
A gravidade dos efeitos somáticos depende da
dose total de radiação recebida, do intervalo de
tempo em que ela foi recebida, e da região do
corpo que foi atingida.
2) efeitos hereditários: também
conhecidos com efeitos genéticos, são originados
somente no descendente da pessoa irradiada. São
resultantes dos danos que as radiações provocam
nas células dos órgãos reprodutores.
9. Efeitos da
radiação
1) Absorção de 0 a 25 rem – nada se observa.
2) Absorção de 25 a 50 rem – redução dos
glóbulos brancos.
3) Absorção de 100 a 200 rem – náuseas – intensa
redução dos glóbulos brancos.
4) Absorção de 500 rem – 50% de probabilidade de
morte entre 30 dias.
O corpo humano é insensível à radiação
ionizante.
As radiações nucleares possuem uma quantidade de
energia suficiente para provocar a ionização,
enquanto as radiações mais comuns como o calor e
a luz visível não possuem essa capacidade.
Nas células, a ionização pode provocar
alterações moleculares, e formação de um tipo de
espécies químicas que causam danos para a
célula.
O ser humano é o alvo mais susceptível à
radiação nuclear, e os efeitos da radiação no
corpo humano resultam dos danos de cada célula
em particular.
Os danos que a radiação pode provocar no homem
são:
- impedimento da divisão celular.
- danificação da divisão celular.
- modificações na estrutura genética das células
reprodutoras.
- destruição total da célula.
Se o corpo humano receber de uma vez 700 rads,
ocorrerá um efeito fatal. A exposição à doses de
50 rads não provoca nos seres humanos sinais de
doenças imediatos.
10.Unidades
de radioatividade
Becquerel
(Bq): é uma unidade de radioatividade
definida como 1 desintegração por
segundo.
Curie
(Ci): é uma unidade de radioatividade
definida como 3,7 x 1010
desintegrações por segundo. É
aproximadamente a atividade de 1 grama
de rádio. Logo:
1Ci = 3,7 x 1010 Bq
Rad: é
uma unidade definida como a quantidade
de energia absorvida pelos tecidos e
ossos por unidade de massa. Um rad é
equivalente a 0,01 joule por quilograma.
Rem: é
uma unidade usada para calcular o efeito
que a absorção de certa quantidade de
energia provocou em determinado
organismo. O rem está relacionado com a
quantidade necessária de radiação para
causar uma quantidade particular de
efeitos danosos ao organismo. Um rem é
equivalente a 0,01 joule por quilograma.
Este site foi atualizado em 04/03/19