Radioatividade e Radiação

1) O que se entende como radioatividade?

Os átomos são eletricamente neutros (carga elétrica total é zero) e a maioria deles é estável, ou seja, seus núcleos não se rompem. Os átomos de alguns elementos químicos emitem partículas e se transformam em átomos de outros elementos químicos: esse fenômeno é conhecido como radioatividade. A radioatividade é um processo natural e espontâneo em que átomos instáveis emitem radiação por meio de decaimento, a fim de diminuírem sua energia e tornarem-se mais estáveis.

 

2) Como é notada a radioatividade?

Em 1896, o físico francês Henri Becquerel (1852-1908) descobriu a radiação emitida pelo urânio. Esta era bastante diferente dos raios de partículas luminosas, pois eram emitidas naturalmente pelo material. O urânio, que contém 92 prótons e 146 nêutrons, é o átomo mais pesado na natureza e desintegra-se naturalmente após bilhões de anos. A desintegração é um processo em que um núcleo atômico emite partículas, transformando-se em outro elemento químico. 

Desse modo, a radioatividade é a propriedade que alguns átomos, como urânio e rádio, possuem de emitirem espontaneamente energia na forma de partículas e onda, tornando-se elementos químicos mais estáveis e mais leves.

 

3) Quais os efeitos conhecidos da radiação?

No primeiro momento, substâncias radioativas como urânio, o polônio e o rádio despertavam a curiosidade dos cientistas pois, quando purificadas, emitem um brilho, até então misterioso. Elas eram utilizadas para brilhar no escuro e também para combater algumas doenças. Nessa época, os efeitos nocivos da radiação eram totalmente desconhecidos e os cientistas que trabalhavam com essas substâncias tiveram vários problemas de saúde, como queimaduras, úlceras, catarata e câncer. Os medicamentos produzidos com substâncias radioativas mais prejudicavam do que tratavam.

 

4) Por que há radiação que têm efeito benéfico e radiação com efeito não favorável?

Existem vários tipos de radiação provenientes do núcleo de um átomo. As mais importantes que estão presentes em nossa vida, seja no ramo da física, na medicina, na indústria alimentícia, dentre outras aplicações são as partículas alfa, beta e os raios gama. 

5) O que é a radiação Alfa?

As partículas Alfa têm uma carga elétrica positiva. Consistem em dois prótons e dois nêutrons e são idênticos aos núcleos dos átomos de hélio. Os raios alfa são emitidos com alta energia, mas perdem rapidamente essa energia quando passam através da matéria, portanto com baixo poder de penetração. Uma ou duas folhas de papel podem deter os raios alfa. Quando um núcleo emite uma partícula alfa, perde dois prótons e dois nêutrons.

Representação da emissão de uma partícula alfa do núcleo de um átomo.

 

A representação de uma partícula alfa é dada por:

6) O que é radiação Beta?

Alguns núcleos radioativos emitem elétrons comuns, que tem a carga elétrica negativa. Há os que emitem pósitrons, que são elétrons positivamente carregados. As partículas beta, se propagam com velocidade quase igual à da luz. Alguns podem penetrar mais de 1 cm de madeira. Quando um núcleo emite uma partícula beta, também emite um neutrino. Um neutrino não tem carga elétrica e quase não tem massa. Na radiação de partículas beta negativas, um nêutron no núcleo transforma-se em um próton, um elétron negativo e um neutrino. O elétron e o neutrino são emitidos no instante em que se formam, e o próton permanece no núcleo. Isto significa que o núcleo passa a conter mais um próton e menos um nêutron. As partículas beta, são elétrons em alta velocidade emitidos por certos átomos radioativos. Os elétrons negativos formam-se pela desintegração de um nêutron. Os elétrons positivos formam-se pela desintegração de um próton. A partícula beta é arremessada no instante em que se forma. Um neutrino, uma partícula quase sem peso, também é emitida.

Representação da emissão de uma partícula beta do núcleo de um átomo.2

 

7) O que é radiação Gama?

Os Raios Gama não têm carga elétrica. São semelhantes ao raio-X, mas normalmente têm um comprimento de onda mais curto. 

Esses raios são fótons (partículas de radiação eletromagnética) e se propagam com a velocidade da luz. São muito mais penetrantes do que as partículas alfa e beta. 

A radiação gama pode ocorrer de diversas maneiras. Em um processo, a partícula alfa ou beta emitida por um núcleo não transporta toda a energia disponível. Depois da emissão, o núcleo tem mais energia do que em seu estado mais estável. Ele se livra do excesso, emitindo raios gama. Nenhuma transmutação se verifica pelos raios gama.

Representação da emissão de uma partícula gama do núcleo de um átomo.3

8) Como é o efeito de cada tipo de radiação estudada? 

Agora que sabemos um pouco mais sobre as radiações, podemos montar uma tabela sobre o poder de ionização dessas radiações: velocidade, poder de penetração e quais danos podem causar no corpo humano:

Tabela das radiações.

 

9) Exemplo: O que acontece com o número atômico (Z) e o número de massa (A), de um núcleo radiativo quando ele emite uma partícula alfa?

     (A) Z diminui em uma unidade e A aumenta em uma unidade.

     (B) Z aumenta em duas unidades e A diminui em quatro unidades.

     (C) Z diminui em duas unidades e A diminui em quatro unidades.

     (D) Z diminui em duas unidades e A aumenta em quatro unidades.

     (E) Z aumenta em duas unidades e A aumenta em quatro unidades.

Comentário: Como vimos, o núcleo de uma partícula alfa é composto por 2 prótons e 2 nêutrons, totalizando uma massa de 4, assim o átomo perde 2 unidades no número atômico e 4 unidades no número de massa. 

Resposta: C

 

10) Qual é a diferença entre uma reação nuclear e uma química?

Na reação nuclear, os elementos químicos formados podem ser diferentes dos iniciais; já numa reação química, só há rearranjo dos átomos, não havendo transformação nos elementos químicos, pois os núcleos não se alteram.

 

      

11) Onde é utilizado os efeitos da radiação no nosso cotidiano?

Nosso cotidiano já está repleto de radiatividade que trazem benefícios. A tendência é que as técnicas aumentem o campo de exploração.

Você já imaginou comer uma fruta esterilizada por irradiação? Parou para pensar nos exames rotineiros do check-up, que também fazem uso de produtos radioativos? Dificilmente você acharia que a energia nuclear pode ser uma aliada no meio ambiente. 

Os elementos nucleares utilizados na área da indústria, agricultura e medicina são os radioisótopos, ou seja, isótopos (variantes dos elementos químicos), que emitem três tipos de radiação: partículas alfa e beta, e onda eletromagnética gama. Elas podem até atravessar a matéria ou serem absorvidas por ela, o que possibilita múltiplas aplicações.

Dependendo da energia que possuam, as radiações emitidas podem ser detectadas onde estiverem, através de aparelhos apropriados, denominados detectores de radiação. Dessa forma, o deslocamento de um radioisótopo pode ser acompanhado e seu percurso ou "caminho” ser "traçado” em um mapa local, que são os traçadores radioativos. "Ser radioativo não significa necessariamente que você tenha uma reação em cadeia (como acontece nos reatores nucleares). São processos que, em princípio, não estão ligados ao núcleo do átomo”, explica o coordenador do curso de Física da UFC, Carlos Alberto Santos.

12) Quais são os principais elementos radioativos?

O estudo da radioatividade teve início com pesquisas do físico alemão Wilhelm Röentgen, em 1895, quando esse investigava o efeito da luminescência. Outro cientista importante para o desenvolvimento da radioatividade foi o físico francês Antoine-Henri Becquerel, que percebeu, em 1896, marcações feitas em um filme fotográfico por uma amostra de sal de urânio (U).

No entanto, foi o casal Curie, Peter e Marie, que utilizou o termo radioatividade pela primeira vez. Em 1898, a polonesa Marie Curie deu seguimento aos estudos relativos à radioatividade e fez descobertas valiosas para a área, como a descoberta de dois novos elementos radioativos: o polônio (Po) e o rádio (Ra).

Posteriormente, Ernest Rutherford descobriu as radiações do tipo alfa (α) e beta (β), o que permitiu melhores explicações para seu modelo atômico, bem como o avanço das pesquisas relacionadas à radioatividade.

Existem dois tipos de elementos radioativos: os naturais e os artificiais. 

Os elementos radioativos naturais são aqueles em que todos os seus isótopos são radioativos e encontrados dessa forma na natureza. A seguir, a relação de todos os elementos radioativos naturais:

Polônio (₈₄Po);

Radônio (₈₆Rn);

Rádio (₈₈Ra);

Actínio (₈₉Ac);

Tório (₉₀Th);

Protactínio (₉₁Pa);

Urânio (₉₂U).

Os elementos radioativos artificiais são aqueles em que todos os seus isótopos são radioativos e produzidos em laboratório, ou seja, não são encontrados dessa forma na natureza. A seguinte relação apresenta todos os elementos radioativos artificiais:

Astato (₈₅At);

Frâncio (₈₇Fr);

Netúnio (₉₃Np);

Plutônio (₉₄Pu);

Amerício (₉₅Am);

Cúrio (₉₆Cm);

Berquélio (₉₇Bk);

Califórnio (₉₈Cf);

Einstênio (₉₉Es);

Férmio (₁₀₀Fm);

Mendelévio (₁₀₁Md);

Nobélio (₁₀₂No);

Laurêncio (₁₀₃Lr);

Rutherfórdio (₁₀₄Rf);

Dúbnio (₁₀₅Db);

Seabórgio (₁₀₆Sg);

Bóhrio (₁₀₇Bh);

Hássio (₁₀₈Hs);

Meitnério (₁₀₉Mt);

Darmstadtio (₁₁₀Ds);

Roentgênio (₁₁₁Rg);

Copernício (₁₁₂Cn);

Ninhônio (₁₁₃Nh);

Fleróvio (₁₁₄Fl);

Moscóvio (₁₁₅Mc);

Livermório (₁₁₆Lv);

Tenessino (₁₁₇Ts);

Oganosseno (₁₁₈Og).

Os principais elementos radioativos são: urânio-235, cobalto-60, estrôncio-90, rádio-224 e iodo-131. Devido a sua larga utilização em usinas nucleares e tratamentos de câncer, esses elementos tendem a aparecer com maior frequência no nosso cotidiano.

O césio-137, material que gerou um grande acidente radiológico na cidade de Goiânia, não está em nenhuma das listas de elementos radioativos acima, pois todo elemento químico, com número atômico menor ou igual a 84, deve apresentar ao menos um isótopo radioativo. Como césio-137 é a expressão utilizada para indicar o isótopo do elemento césio que emite radiação a partir do núcleo de seu átomo e como esse elemento possui número atômico 55, ele, portanto, não apresenta todos os seus isótopos radioativos e, por isso, não está relacionado com os demais elementos radioativos.

Outro exemplo de elemento a apresentar número atômico menor que 84 e isótopos radioativos é o hidrogênio, cujo número atômico é igual a 1. Esse elemento possui três isótopos – prótio (1H1), deutério (1H2) e trítio (1H3) –, e o hidrogênio-3 é o radioativo.

 

Atividades:

1) Indique a única afirmativa FALSA:

        (A) O núcleo do átomo é formado por dois tipos de partículas: os prótons e os nêutrons.

        (B) Existe uma força que mantém prótons e nêutrons unidas, formando o núcleo, é a força nuclear.

        (C) A força nuclear é menos intensa que a força elétrica e que a força gravitacional, gerando a estabilidade do átomo.

        (D) Quando as partículas se desprendem do átomo dizemos que há aí uma radiação.

 

2) Indique a única alternativa FALSA:

        (A) Só existem três tipos de radiação nucleares: alfa, beta e gama.

        (B) A radiação pode ser prejudicial à saúde, causando queimaduras e lesões, destruindo moléculas do nosso organismo, mas também pode ser usada no tratamento de doenças.

        (C) Vários avanços tecnológicos foram possíveis graças à física nuclear. Porém algumas tragédias ao longo da história ocorreram por causa da física nuclear.

        (D) A radiação infravermelha é uma radiação nuclear altamente perigosa à vida humana.

 

3) Indique a única alternativa VERDADEIRA:

        (A) Todos os corpos emitem radiação gama.

        (B) A radiação nuclear depende de que elemento é formado o corpo.

        (C) A radiação NÃO precisa de partículas e só se propaga através do vácuo.

        (D) O vácuo do espaço impede que a radiação do Sol chegue até a Terra.

4) Qual única a alternativa CORRETA sobre a radiação?

        (A) A radiação só pode viajar através do ar.

        (B) A radiação Gama não faz parte do espectro eletromagnético.

        (C) A radiação mantem a estabilidade do núcleo dos átomos.

        (D) A radiação consegue viajar através do vácuo.

 

5) Relacione as radiações naturais alfa, beta e gama com suas respectivas características:

         1. alfa.       2. beta.       3. gama.

 (    ) Possui alto poder de penetração, podendo causar danos irreparáveis ao ser humano.

(    ) São partículas leves, com carga elétrica negativa e massa desprezível.

(    ) São ondas eletromagnéticas semelhantes aos raios X, não possuem carga elétrica nem massa.

(     ) São partículas pesadas de carga elétrica positiva que ao incidirem no corpo humano causam apenas queimaduras leves.

 

6) Indique a única alternativa FALSA:

        (A) As radiações gama são ondas eletromagnéticas de elevado poder de penetração.

        (B) O número atômico de um radionuclídeo que emite radiações alfa aumenta em duas unidades.

        (C) As radiações beta são idênticas aos elétrons e possuem carga elétrica negativa.

        (D) As partículas beta são elétrons em alta velocidade emitidos por certos átomos radioativos.

7) Podemos classificar as radiações fazendo uma analogia à algumas partículas. Os núcleos de Hélio, elétrons e ondas eletromagnéticas, semelhantes aos raios X, são exemplos de radiação, respectivamente, de:

         (A) raios alfa, raios beta e raios gama;

         (B) raios alfa, raios gama e raios beta;

         (C) raios beta, raios alfa e raios gama;

         (D) raios beta, raios X e raios alfa;

         (E) raios alfa, raios gama e raios X

  

8) O cobalto 60 utilizado em radioterapia, no tratamento do câncer, reage emitindo uma partícula beta e com isso tem sua estrutura atômica modificada transformando-se em outro elemento. Em qual elemento, o mesmo se transforma? (dados: Cobalto: Z=27)

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