PROFESSOR

QUÍMICA NUCLEAR

De que são feitas as coisas, a terra, as plantas, a gente? A pergunta é a mesma desde há muito tempo! A resposta é que vem mudando à medida que mais conhecimento se acumula sobre o assunto permitindo novas interpretações de fenômenos que eram supostamente conhecidos.

No tempo de Aristóteles dizia-se que eram quatro os elementos que compunham todo o tipo de matéria: terra, ar, fogo e água. Mas mesmo neste tempo já se sabia da existência de outras substâncias como cobre, prata, ouro e enxofre, que não podiam ser decompostas em nenhum dos quatro elementos propostos como fundamentais. Estas substâncias, cobre, ouro, prata, ferro, chumbo e mercúrio, conhecidas desde há muitos milhares de anos, são hoje reconhecidas como sendo elementos. Embora o número de elementos seja relativamente pequeno, o número de combinações que se pode fazer com eles é muito grande e é isto que origina o número tão grande de substâncias diferentes.

Mas se um elemento não pode ser separado em constituintes mais simples, o que ocorre se dividirmos um pedaço de um dado elemento, ouro por exemplo, em pedaços cada vez menores? O último pedacinho que ainda é ouro é chamado de um átomo de ouro e, portanto, átomo é o menor pedaço que ainda guarda as propriedades do elemento.

Mas de que são constituídos os átomos? A resposta mais atual e acessível diz que um átomo é constituído por um núcleo cercado por um envoltório de elétrons. E este núcleo é composto por prótons e neutrons. Estes constituintes dos átomos são chamados por nomes diferentes porque possuem propriedades diferentes.

A pergunta pode continuar, mas muitas respostas ainda não foram encontradas. Existe um ramo da física chamado de Física de Partículas, que é especializado neste tipo de perguntas e trabalha febrilmente na obtenção das respostas.

Resumindo: de acordo com as teorias modernas dizemos que a matéria é formada por elétrons, prótons e neutrons. A diferença entre um elemento químico e outro é determinada pelo número de prótons que seu núcleo possue. Se dois átomos tiverem mesmo número de prótons mas diferente número de neutrons, eles são do mesmo elemento, mas não são a mesma coisa. Quando isto ocorre dizemos que são isótopos. As vezes é interessante se referir aos diferentes tipos de núcleos chamando-os de nuclídeos.

Vamos agora, finalmente, falar sobre radioatividade e veremos que com ela iremos responder também à pergunta: de que são feitos os neutrons?

RADIOATIVIDADE é um processo no qual um núcleo com Z prótons e N neutrons pode se transformar em outro núcleo com Z e N diferentes. Esta transformação é chamada desintegração nuclear, sendo acompanhada por emissão de radiação. Por este motivo, estes núcleos instáveis são chamados radioativos.

As duas principais maneiras de um núcleo se desintegrar são através da emissão de uma partícula alfa ou de uma partícula (ß). Esta última é um elétron que sai do núcleo com uma grande velocidade. Este elétron origina-se no núcleo quando um neutron (carga 0) se desintegra transformando-se em um próton (carga +), em um elétron (carga -) e num neutrino (que é uma partícula sem massa e sem carga muito difícil de ser detectada), (eis a resposta para a pergunta: De que são feitos os neutrons?). O próton permanece no núcleo e o elétron é ejetado.

O número de massa A é definido coo a soma do número de prótons e neutrons; portanto a emissão de uma partícula beta não muda o número de massa do nuclídeo que desintegrou.

No entanto o número de prótons do núcleo (número atômico Z) aumentou e como é o número de prótons que caracteriza um dado elemento, quando um nuclídeo emite um beta ele se transforma em um nuclídeo de outro elemento.

Exemplificando: o Cs-137 tem A = Z + N = 137, isto é, tem 55 prótons e 82 neutrons. Quando ele emite um elétron (partícula beta) passa a ter Z = 56 e N = 81 continuando com o mesmo número de massa. Quem tem Z = 56 é o elemento Ba-137. Diz-se então que o Cs-137 ao emitir uma partícula beta decai para Ba-137.

Vejamos agora a partícula alfa: ela é composta por 2 prótons e 2 neutrons tendo, portanto, a mesma constituição do "núcleo de hélio". Quando um elemento emite uma partícula alfa, tanto o número de massa quanto o número atômico diminuirão (o primeiro de 4 unidades e o segundo de 2 unidades).

Exemplificando: o U-238 92 prótons e 146 neutrons, isto é, tem Z = 92 e A = 238. Quando emitir uma partícula alfa passará a Ter Z = 90 (pois perdeu dois prótons) e A = 234 (pois perdeu dois prótons e dois neutrons). O elemento que possui Z = 90 é o Th-234. Diz-se então que o U-238 ao emitir uma partícula alfa decai para Th-234.

Em muitos núcleos o decaimento através de partículas alfa e beta é seguido da emissão de energia em forma de uma onda eletromagnética. Esta onda é chamada radiação gama ( ).

Quanto à natureza esta radiação é do mesmo tipo da radiação X (raios X) ou da radiação luminosa, por exemplo. Comparando sua energia, no entanto, verifica-se que é muito maior do que a luz visível e em muitos casos maior do que a dos raios X. Não é, no entanto, sua energia que a caracteriza e sim sua origem. Isto significa que se observarmos uma radiação X e uma radiação gama de mesma energia não a diferenciaremos fisicamente; sua caracterização é feita somente se soubermos se ela se originou no núcleo ou no envoltório eletrônico. A figura 1 mostra os três tipos de radiação acima descritos.

Figura 1: TIPOS DE RADIAÇÕES [Hey & Walters - 87]

Porque alguns núcleos são estáveis e outros radioativos?

No interior do núcleo, os prótons e os neutrons interagem muito intensamente, disso resultando uma força chamada nuclear. Para esta interação não existe diferença entre prótons e neutrons, estas partículas interagem de maneira indistinta e as vezes as chamamos simplesmente de núcleons. Devido ao curto alcance destas forças somente núcleons muito próximos interagem entre si.

Existe, também no núcleo, uma interação entre partículas com carga (prótons) dando origem às forças elétricas que são muito fracas se comparadas às forças nucleares; no entanto, sua atuação é de um alcance muito maior. Quando prótons e neutrons estão no núcleo existe uma competição entre estas forças: as forças nucleares de curto alcance querem manter os núcleons juntos e a força elétrica quer separar os prótons (partículas com carga) e portanto tenta desmanchar o núcleo. Para muitos núcleos a força nuclear sai vencedora, mas para núcleos pesados há um delicado balanço entre as duas forças opostas. Para núcleos com muitos prótons e muitos neutrons, a força elétrica continua atuando sobre os prótons mas a força nuclear, por ser de curto alcance, não atinge todos os núcleons atuando apenas sobre alguns núcleons muito próximos. Estes núcleos com A grande e instáveis podem se transformar em núcleos com núcleons mais fortemente ligados através de um decaimento alfa ou beta.

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Este site foi atualizado em 01/02/11