Radioatividade

Revisão por Rubens Castilho

Professor de Biologia

A radioatividade é o processo pelo qual certos elementos químicos instáveis emitem radiação ao se transformarem em outros elementos, devido à instabilidade em seus núcleos que possuem excesso de energia ou partículas.

Para atingir um estado mais estável, esses núcleos emitem radiações na forma de partículas ou ondas eletromagnéticas. Esse fenômeno foi descoberto em 1896 por Henri Becquerel, que notou que sais de urânio emitiam radiação espontaneamente.

Marie e Pierre Curie expandiram os estudos e identificaram novos elementos radioativos, como o rádio e o polônio, elucidando o impacto da radioatividade em diferentes materiais.

O processo emissão de radiação pode ocorrer de maneira natural, como nos elementos encontrados na crosta terrestre, ou ser induzido artificialmente em laboratório e reatores nucleares.

O que é a radioatividade química

Do ponto de vista químico, a radioatividade impacta diretamente a identidade e as reações dos elementos. Assim acontece porque a emissão de radiação altera o número de prótons e nêutrons no núcleo, mudando o elemento para outro completamente diferente.

Por exemplo, o urânio-238 sofre decaimento alfa e transforma-se em tório-234. Essa mudança afeta tanto a estrutura do núcleo, quanto as propriedades químicas e físicas do elemento, influenciando seu comportamento em reações químicas.

Tipos de radiação

O processo de radiação acarreta tanto a emissão de partículas materiais, quanto de energia pura na forma de ondas eletromagnéticas. O tipo de partícula ou energia emitida durante o fenômeno é que define o tipo da radiação.

Radiação alfa ()

• Consiste na emissão de partículas alfa, que são núcleos de hélio compostos por dois prótons e dois nêutrons;
• Possui baixa capacidade de penetração porque as partículas alfa são grandes e têm carga positiva;
• Pode ser bloqueada por uma folha de papel ou pela camada superficial da pele, mas também pode causar danos severos se ingerida ou inalada, ao atingir tecidos internos.

Radiação beta ()

• Resulta da emissão de partículas beta, que podem ser elétrons ou pósitrons ;
• É mais penetrante que a radiação alfa, podendo atravessar materiais leves como papel, mas é bloqueada por placas finas de alumínio ou plástico;
• Surge quando um nêutron se transforma em próton, liberando um elétron ou quando um próton se converte em nêutron, liberando um pósitron (antielétron) .

Radiação gama ()

• É uma forma de radiação eletromagnética, semelhante à luz, mas de alta frequência e energia;
• Não envolve a emissão de partículas materiais, é composta por fótons, que são pacotes de energia;
• Extremamente penetrante, requer materiais densos, como chumbo ou concreto espesso, para ser atenuada;
• Geralmente acompanha emissões alfa ou beta, liberando o excesso de energia do núcleo após o decaimento.

Radiação de nêutrons

• Formada pela emissão de nêutrons livres, geralmente durante reações nucleares como a fissão;
• É altamente penetrante, pois os nêutrons não possuem carga elétrica e interagem mais com os núcleos atômicos do que com os elétrons ao redor;
• Utilizada em pesquisas científicas e na detecção de materiais nucleares.

Elementos radioativos da tabela periódica

Os elementos radioativos se concentram principalmente na parte final da tabela periódica, especialmente entre os actinídeos e os transurânicos. Alguns exemplos são:

• Urânio (U): usado como combustível em usinas nucleares e como fonte de radiação em aplicações industriais;
• Tório (Th): encontrado na natureza e usado em reatores nucleares experimentais;
• Polônio (Po): extremamente raro e usado em dispositivos industriais que eliminam eletricidade estática;
• Plutônio (Pu): produzido artificialmente, é usado em armas nucleares e como fonte de energia para sondas espaciais;
• Outros isótopos de elementos comuns, como o carbono-14 e o potássio-40, também são radioativos e têm aplicações específicas, como a datação de fósseis e artefatos arqueológicos.

Decaimento radioativo

O decaimento radioativo é um processo pelo qual o núcleo instável de um átomo emite radiação para alcançar estabilidade. Ele ocorre em etapas, chamadas cadeias de decaimento, até que um núcleo estável seja formado.

O tempo de meia-vida é um conceito importante no estudo do decaimento, representa o tempo necessário para que metade dos átomos de uma amostra radioativa decaia.

Esse tempo pode variar de segundos a bilhões de anos, é a base para calcular a taxa de decaimento. Exemplos de decaimento:

• Alfa: o núcleo perde dois prótons e dois nêutrons, reduzindo sua massa atômica;
• Beta: um nêutron se transforma em próton, emitindo um elétron ou vice-versa, emitindo um pósitron ;
• Gama: o núcleo emite radiação gama sem alterar o número de prótons ou nêutrons, apenas liberando energia.

Além desses decaimentos, existem outros tipos menos comuns, como o decaimento por captura eletrônica, a fissão espontânea e a emissão de prótons ou nêutrons isolados.

O decaimento radioativo libera energia em diferentes formas: energia cinética (as partículas emitidas saem com alta velocidade), radiação eletromagnética (a energia gama é liberada para estabilizar o núcleo) e calor (uma parte da energia aquece os materiais ao redor).

Leis da radioatividade

Há duas leis fundamentais que regem a radioatividade:

Primeira Lei da Radioatividade (Lei de Soddy)

De acordo com a Primeira Lei, um átomo instável que emite uma partícula alfa sofre uma transformação em sua estrutura nuclear. Essa emissão reduz o número atômico em duas unidades e o número de massa em quatro unidades.

Em outras palavras, o núcleo perde dois prótons e dois nêutrons, o que resulta na formação de um novo elemento posicionado duas casas à esquerda na tabela periódica.

Por exemplo, quando há o decaimento do urânio-238 , um isótopo instável, ocorre a emissão de partículas alfa , o que gera a transformação do urânio em tório-234 . A equação do decaimento é a seguinte:

Como resultado da emissão da partícula alfa: o número atômico do urânio diminui em 2 (de 92 para 90) e o número de massa diminui em 4 (de 238 para 234). O urânio-238 se transforma no elemento tório-234.

Segunda Lei da Radioatividade (Lei de Soddy, Fajans e Russell)

A Segunda Lei estabelece que, quando um átomo instável emite uma partícula beta , há um aumento no número atômico em uma unidade, enquanto o número de massa permanece inalterado.

Isso acontece, porque a partícula beta é formada pela conversão de um nêutron em um próton, alterando a identidade do elemento e deslocando-o uma posição para a direita na tabela periódica.

Um exemplo é o decaimento do carbono-14 , um isótopo instável que, ao emitir uma partícula beta , sofre uma transformação em nitrogênio-14 . A equação do decaimento é a seguinte:

Como resultado da emissão da partícula beta, o número atômico do carbono aumenta em 1 (de 6 para 7), o que o transforma no elemento nitrogênio. O número de massa permanece o mesmo (14), pois a partícula beta é um elétron ou um pósitron, ambos de baixa massa.

Aplicações da radioatividade

A radioatividade tem usos variados, por exemplo:

• Medicina, no tratamento de câncer (radioterapia) e em exames diagnósticos (PET-CT);
• Energia nuclear, em reatores para geração de eletricidade;
• Arqueologia, na datação de artefatos pelo método do carbono-14;
• Indústria, no controle de qualidade, esterilização de materiais e análise de ligas metálicas;
• Pesquisa científica, na investigação de processos nucleares e materiais avançados.

Apesar de sua ampla aplicabilidade, a radioatividade exige cuidados rigorosos devido aos riscos associados à exposição prolongada, incluindo danos à saúde e ao meio ambiente.

Exercícios sobre radioatividade

Exercício 1

Exercício 2

Exercício 3

Exercício 4

Exercício 5

Leia também:

• Átomos
• Cátions e Ânions