Radioatividade

                       Radioatividade

Definição

Radioatividade é a característica que certos átomos tem de emitir partículas e radiações de seus núcleos instáveis. A diferença do número de nêutrons do núcleo dos átomos em relação ao número de prótons é que irá determinar se o isótopo  do elemento químico é ou não estável.

Radioatividade é o fenômeno de alteração do núcleo de certos átomos, por necessidade de emitir as partículas como os prótons, nêutrons e elétrons de seus núcleos instáveis para estabiliza-lo, e consequentemente gera as radiações que são liberadas. 

A Descoberta da Radioatividade

Henry Bequerel Prêmio Nobel em 1896 estudou as primeiras noções da radioatividade dos elementos químicos utilizando sais do elemento químico urânio, o K2UO2(SO4)2 sulfato de potássio e uranilo, que sensibilizava uma chapa fotográfica naturalmente, quando era embrulhado ou colocava o sal nas suas proximidades.

Marie Sklodowska Curie, Premio Nobel em 1897 estudando os achados de Bequerel, percebeu que outro elemento químico o Tório, causava os mesmos fenômenos característicos do Urânio. Continuando a sua pesquisa, Juntamente com seu marido o físico Pierre Curie, descobrem outro elemento químico radioativo o Polônio. Ao prosseguir seus estudos acerca dos elementos que emitiam os raios misteriosos, descobriram outro elemento químico mais radioativo ainda, o Rádio.

Esquema das Ondas Eletromagnéticas

As ondas eletromagnéticas são formadas de duas partes. Observe que a letra E representa a parte elétrica da onda e a letra M representa a parte magnética da onda.

Radiação Ionizante
As radiações ionizantes possuem altos níveis de energia e se propagam com frequência acima da frequência das ondas da luz visível. Por exemplo as ondas dos raios X que é emitida por elétrons. 

Radiação Não Ionizante

Possui baixa energia e frequência abaixo da frequência da luz.. A onda da luz visível, ondas de rádio, ondas de TV, fornos de microondas, não são ionizantes. 
As radiações situadas acima da faixa da luz visível são ionizantes. Atualmente algumas pesquisas vem sendo feitas em Universidades (PUCRS) sobre as ondas dos receptores e emissores dos celulares e constataram que seriam de certa forma prejudiciais para a saúde humana.

A descoberta do próton

Ernest Rutherford que elaborou a nova estrutura atômica segundo o modelo do sistema solar, começa a trabalhar com o núcleo do átomo. E em 1898 monta um aparelho de emissão de raios catódicos, detector de partículas utilizando lâmina de ouro, material fluorescente, o elemento químico radioativo polônio e chapas carregadas com cargas negativas e positivas. O material radioativo foi colocado dentro de um bloco de chumbo isolante e ao emitir o feixe radioativo, observou que o feixe era subdividido por diferenças de cargas elétricas, desse modo o pesquisador descobre a radiação alfa (α) cujas partículas eram atraídas para o lado da carga negativa da chapa e logo a frente as mesmas partículas eram retidas por uma folha finíssima de ouro. Seu experimento levou-o a qualificar as partículas descobertas como sendo íons de hélio bipositivos. Percebeu também que outro feixe da radiação era atraido pela chapa com carga positiva e concluiu que seriam partículas de carga negativa. Chega-se então a conclusão que a radiação beta seriam partículas negativas ou elétrons emitidos do núcleo com alta velocidade, (nove décimos da velocidade da luz) pois se desviavam para o lado positivo da chapa e o anteparo á frente que barrava as partículas alfa, não barrava as partículas beta.

A Radiação Alfa

De Onde Procede a Radioatividade Natural?

Origem da Radiação Natural Alfa

A radiação alfa acontece quando o elemento químico radioativo quer eliminar a sua instabilidade e procede da emissão de 4 partículas retiradas do seu núcleo, que se fragmenta naturalmente dando origem a outro elemento químico de massa menor.

As partículas emitidas do núcleo desse átomo são 2 prótons e 2 nêutrons.

A Comprovação da Radiação  Alfa

Rutherford descobriu a radiação alfa utilizando um material radioativo, que procedia de um aparelho montado especialmente para a finalidade, cujo núcleo continha o material emissor, que estava protegido por uma espécie de caixa feita de chumbo. Ao ser emitido o feixe radioativo que passava por um orifício da caixa atravessava um campo magnético que tinha duas placas separadas que deixavam o feixe passar por entre elas, de um lado estava uma com carga positiva e do outro lado, outra com carga negativa. Após atravessar o campo magnético, a placa de carga negativa desviava certas partículas do feixe radioativo para o seu lado, enquanto uma outra placa sensibilizadora á frente absorvia os choques das partículas que chegavam e se sensibilizava ao entrar em contato com essas partículas, o que o pesquisador concluiu, que tais partículas eram constituidas por cargas positivas, que no caso seriam os prótons. 

Esquema representativo da obtenção da separação dos diferentes tipos de radiação.

A Radiação Beta

A radiação beta é constituida de uma elétron com a carga negativa de -1, possuindo massa zero, com poder de penetração médio em material sólido. Pode  ser representado segundo a fórmula:       →   0β-1.

Como se sabe os elementos químicos radiativos necessitam estabilizar os seus núcleos instáveis, portanto emitem a partícula alfa e também outro tipo de partícula denominada de partícula beta. Ao se livrar dessa partícula seu núcleo se estabiliza.

A partícula beta consiste em um elétron formado e liberado do núcleo do átomo.

Esse fenômeno se dá da seguinte forma, a instabilidade do átomo proporciona a mudança de um nêutron do núcleo, que se transforma em um próton, um elétron e um anti-neutrino. No momento da emissão a partícula próton permanece no núcleo, o elétron é lançado com alta velocidade fora desse núcleo e será a radiação beta emitida. O anti-neutrino da mesma forma que o elétron também deixará o núcleo do átomo.

Formação dos raios beta a partir do nêutron de um átomo instável.

O nêutron sofre reação expontânea, libera uma partícula de carga negativa denominado de elétron beta (partícula beta), que se desloca em alta velocidade. Após liberar a carga elétrica, o nêutron se transforma-se em um próton. 

O urânio instável é um bom exemplo, com excesso de nêutron, reage expontaneamente liberando uma partícula beta e se transforma no elemento químico tório. 

O Tório 234 também instável com excesso de nêutrons, reage expontaneamente liberando uma partícula beta e se transforma no protactínio de massa 234.

A Radiação Gama  (γ)

Enquanto que as radiações alfa e beta são constituídas por partículas, as radiações gama não são. As radiações gama são eletromagnéticas.

Para entendermos melhor o que é radiação gama, primeiramente devemos ter noção do que é magnetismo e radiações eletromagnéticas. O magnetismo é gerado por qualquer corpo que possua calor acima de zero Kelvin, o que significa que esse corpo possui energia gerada e em atividade em si próprio. As radiações magnéticas estão intimamente associadas a um campo elétrico que emite pulsos de energia e não pode existir sem esse campo energético e as oscilações entre  os dois campos, o elétrico e magnético, essas duas forças em conjunto formam as ondas eletro e magnética associadas uma a outra.

A Radiação Gama é Ionizante

Outra característica da radiação gama é ser gerada pela transmutação nuclear de um átomo já instável e também por propagar em alta frequência e alta velocidade, sendo eletromagnética e ionizante tem alto poder de penetração na matéria que encontra em seu caminho ao deslocar-se, principalmente penetra profundamente nos tecidos biológicos de animais e plantas, o que significa que ao atravessar esse tipo de material, interage com seus  átomos e suas moléculas rompendo suas ligações interatômicas, transformando-os em ânions e cátions formando íons e radicais livres que são prejudiciais para esses tecidos. No caso de células animais ela pode causar danos para essas células especialmente, as do tecido mole; células do tecido linfático promovendo mutações, da medula óssea produtoras de células sanguíneas, células das membranas das mucosas ou revestimentos intestinais, das gonadas; células da espermatogênese como é o caso das masculinas, onde pode ser altamente prejudicial e ainda das gonadas femininas, o ovário que são os produtores de ovócitos, ali, pode interagir localmente. Esse tipo de radiação atinge as lentes do cristalino do olho danificando-o.

Em 1911 Soddy cria a primeira lei da radioatividade alfa que diz que quando um átomo emite uma partícula alfa o núcleo do átomo que emite essa radioatividade diminui sua massa de 4 unidades e o seu número atômico diminui 2 unidades.


Em 1900 Paul Villard, descobre a radiação gama.

Elementos Radioativos

Os isótopos dos elementos químicos naturais que emitem radiações naturais

Rádio 226(Ra)88 

Actínio 227(Ac)89

Thório  232(Th)90

Protactinio 231(Pr)91

Urânio 238(U)92

Podemos ainda afirmar com certeza de que todos os  elementos do grupo dos actinídios são radioativos naturalmente espontâneos.

Elementos Químicos que Não São Radioativos Podem se Tornar Radioativos

Um elemento químico pode naturalmente ou artificialmente ser transformado em outro elemento químico. Da mesma maneira, na natureza ou artificialmente os elementos químicos ou os isótopos não radioativos podem se tornar radioativos.
Um exemplo bem conhecido pelos pesquisadores da área, é a transmutação do isótopo de nitrogênio de massa 14 com sete prótons, que sofre o bombardeamento de uma partícula de nêutron dos raios cósmicos provindo das estrelas, ao chocar-se com o nitrogênio atmosférico, esse nêutron arranca um elétron do seu núcleo  transformando-o em carbono de massa 14 com 6 prótons.

Ondas
Para compreendermos a radiatividade, devemos também conhecer um pouco sobre os diferentes tipos de ondas. 


As ondas podem ser muito bem visualizadas quando pingamos gotas de água em um recipiente com água.

Definimos primeiramente o que é uma onda e um Hertz. 

O esquema ao lado visualiza uma onda que é composta por uma região inferior denominada de vale e uma região superior, a crista da onda. A crista com o vale forma uma onda completa que coincide com um Hertz. 







O Que São Ondas

As ondas são constituídas de vales e cristas que equivalem a um hertz.

A figura fantasia abaixo representa ondas longas ou de baixa frequência.

Ondas com um pouco mais de frequência

Ondas com maior frequência.

Ondas de alta frequência.

Ondas Eletromagnéticas

Ondas Eletromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagar. 

Ondas de rádio AM e FM ou raios hertzianos são formadas pela oscilação de um campo elétrico e de um campo magnético conjuntas que estão no sentido perpendiculares entre si, são ondas eletromagnéticas de comprimento que varia de 10 quilômetros a 1 milímetro ou, 3 . 108 nm, a 3 . 1017 nm, que caminham no vácuo, no espaço na velocidade da luz. São emitidas por nebulosas e estrelas,  e por nós seres humanos, na navegação marítima nos sonares, por estações de rádios, radioamadores, por telefonia, radares que emitem um pulso de alta frequência e ao mesmo tempo detectam os objetos que refletem as ondas eletromagnéticas desses pulsos etc. Quanto a recepção, estas ondas por serem de baixa energia só podem ser receptadas por antenas.

Frequência dos diferentes tipos de ondas

Espectro eletro magnético	Ondas de rádio	Microondas	Infra    vermelho		Ultra violeta	Raios X	Raios gama
	104, 106, 108	1010	1012, 1014		1016	1018	1020,  1022,  1024
	Hertz/s	Hertz/s	Hertz/s		Hertz/s	Hertz/s	Hertz/s

                                                   luz visível                      

                       

O espectro da luz visível (em amarelo) está situado entre o espectro infravermelho e o ultra violeta.

Frequência das Ondas

As ondas de rádio possuem a frequência que vai de dez mil a um milhão até 100 milhões de Hertz para cada segundo.
As microondas possui a frequência de dez bilhões de Hertz para cada segundo.
As ondas do espectro infravermelho possui a frequência de um trilhão a 100 trilhões de Hertz por segundo.
As ondas de ultra violeta possui a frequência de 10 quatrilhões de Hertz por segundo.
As ondas de raios X possui a frequência de um quintilhão de Hertz por segundo.
As ondas de raios gama percorrem o vácuo numa frequência de 100 quintilhões, a dez sextilhões, a um septilhão de Hertz por segundo.

As frequências Das Transmissões Radiofônicas Nos Aeroportos

As Frequências de comunicação dos aeroportos se situam na faixa acima de 108  mega hertz. Segundo dados obtidos, está situado na faixa entre 108 e 132 megahertz. As ondas de rádio FM se situam na faixa entre 88 e 108 megahertz, portanto são muitos próximas uma da outra. Já as estações de TV tem uma faixa que abrange muito mais, vai de 54 a 806 megahertz. Portanto entra diretamente na faixa das transmissões dos aeroportos, e pode interferir nas comunicações. Os telefones celulares operam em alta freqüência acerca de 1850 MHz. As redes sem fio (wi-fi) também são de alta frequência 2,4 GHz. Portanto a frequências dessas ondas eletromagnéticas estão acima das que são utilizadas nas comunicações das aeronaves.  

Fissão Nuclear

                              Questões 

1) (Enem) Em viagens de avião, é solicitado aos passageiros o desligamento de todos os aparelhos cujo funcionamento envolva a emissão ou a recepção de ondas eletromagnéticas. O procedimento é utilizado para eliminar fontes de radiação que possam interferir nas comunicações via rádio dos pilotos com a torre de controle. A propriedade das ondas emitidas que justifica o procedimento adotado é o fato de:

a) terem fases opostas.

b) serem ambas audíveis.

c) terem intensidades inversas.

d) serem de mesma amplitude.

e) terem frequências próximas.

2) (Questão 47 – prova amarela 2015) O urânio é um elemento cujos átomos contêm 92 prótons, 92 elétrons e entre 135 e 148 nêutrons. O isótopo de urânio 235 U é utilizado como combustível em usinas nucleares, onde, ao ser bombardeado por nêutrons, sofre fissão de seu núcleo e libera grande quantidade de energia (2,35 u 1010 kJ/mol). O isótopo 235 U ocorre naturalmente em minérios de urânio, com concentração de apenas 0,7%. Para ser utilizado na geração de energia nuclear, o minério é submetido a um processo de enriquecimento, visando aumentar a concentração do isótopo 235 U para, aproximadamente, 3% nas pastilhas. Em décadas anteriores, houve um movimento mundial para aumentar a geração de energia nuclear buscando substituir, parcialmente, a geração de energia elétrica a partir da queima do carvão, o que diminui a emissão atmosférica de CO2 (gás com massa molar igual a 44 g/mol). A queima do carvão é representada pela equação química: 

C (s) + O2 (g)     --------à  CO2 (g)      ΔH = 400 kJ/mol

    

Qual é a massa de CO2 , em toneladas, que deixa de ser liberada na atmosfera, para cada 100 g de pastilhas de urânio enriquecido utilizadas em substituição ao carvão como fonte de energia? 

a) 2,10                b) 7,70                 c) 9,00                 d) 33,0                   e) 300

        

Bibliografia

Rádio Muda interferencia - 

muda.radiolivre.org/site/site_antigo/interfer.htm

Texto em construção 03/12/2020