Radioatividade

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Alerta de produto radioactivo.

A radioatividade (AO 1945: radioactividade) (também chamado de radiatividade (AO 1945: radiactividade)) é um fenômeno natural ou artificial, pelo qual algumas substâncias ou elementos químicos, chamados radioativos, são capazes de emitir radiações, as quais têm a propriedade de impressionar placas fotográficas, ionizar gases, produzir fluorescência, atravessar corpos opacos à luz ordinária, etc. As radiações emitidas pelas substâncias radioativas são principalmente partículas alfa, partículas beta e raios gama. A radioatividade é uma forma de energia nuclear, usada em medicina (radioterapia), e consiste no fato de alguns átomos como os do urânio, rádio e tório serem “instáveis”, perdendo constantemente partículas alfa, beta e gama (raios-X). O urânio, por exemplo, tem 92 prótons, porém através dos séculos vai perdendo-os na forma de radiações, até terminar em chumbo, com 82 prótons estáveis. Foi observada pela primeira vez pelo francês Henri Becquerel em 1896 enquanto trabalhava em materiais fosforescentes.

A radioatividade não pode ser:

• Radioatividade natural ou espontânea: É a que se manifesta nos elementos radioativos e nos isótopos que se encontram na natureza e poluem o meio ambiente.
• Radioatividade artificial ou induzida: É aquela que é provocada por transformações nucleares artificiais.

Radioatividade artificial

Produz-se a radioatividade induzida quando se bombardeiam certos núcleos com partículas apropriadas. Se a energia destas partículas tem um valor adequado, elas penetram no núcleo bombardeado formando um novo núcleo que, no caso de ser instável, se desintegra posteriormente. Foi realizada pela primeira vez pelo físico neozelandês Ernest Rutherford, ao bombardear átomos de nitrogênio, com partículas alfas, obtendo oxigênio. Sendo estudada pelo casal “Joliot-Curie” (Frédéric Joliot e Irène Joliot-Curie), bombardeando núcleos de boro e alumínio com partículas alfa, eles observaram que as substâncias bombardeadas emitiam radiações após retirar o corpo radioativo emissor das partículas alfa. O estudo da radioatividade permitiu um maior conhecimento da estrutura dos núcleos atômicos e das partículas subatômicas. Abriu-se a possibilidade da transmutação dos elementos, ou seja, a transformação de elementos em elementos diferentes. Inclusive o sonho dos alquimistas de transformar outros elementos em ouro se tornou realidade, mesmo que o processo economicamente não seja rentável.

Tipos de decaimento

Quanto aos tipos de radiação radioativa, descobriu-se que um campo elétrico ou magnético podia separar as emissões em três tipos de raios. Por falta de melhores termos, os raios foram designados alfabeticamente como alfa, beta e gama, o que se mantém até hoje. Enquanto que o decaimento alfa foi apenas observado nos elementos mais pesados (número atómico 52, telúrio, e maiores), os outros dois tipos de decaimento foram observados em todos os elementos.

Ao analisar-se a natureza dos produtos do decaimento, tornou-se óbvio a partir da direção das forças eletromagnéticas produzidas sobre as radiações pelos campos magnético e elétrico externos, que os raios alfa tinham carga positiva, os raios beta carga negativa, e que os raios gama eram neutros. A partir da magnitude de defleção, era claro que as partículas alfa eram muito mais maciças do que as partículas beta. Fazer passar partículas alfa através de uma janela de vidro muito fina e encerrá-las numa lâmpada de néon permitiu aos investigadores estudarem o espectro de emissão do gás resultante, e finalmente demonstrarem que as partículas alfa são núcleos de hélio. Outras experiências mostraram a semelhança entre a radiação beta clássica e os raios catódicos: são ambos fluxos de eletrões. De igual modo, descobriu-se que a radiação gama e os raios-X são formas semelhantes de radiação eletromagnética de alta-energia.

A relação entre os tipos de decaimento começou também a ser estudada: por exemplo, o decaimento gama era quase sempre encontrado em associação com outros tipos de decaimento, ocorrendo quase ao mesmo tempo, ou posteriormente. Descobriu-se que o decaimento gama como fenómeno separado (com a sua própria meia-vida, hoje designado como transição isomérica) na radioatividade natural era o resultado do decaimento gama de isómeros nucleares metastáveis excitados, por sua vez criados por meio de outros tipos de decaimento.

Embora os decaimentos alfa, beta e gama sejam os mais comuns, outros tipos seriam descobertos. Pouco depois da descoberta do positrão em produtos de raios cósmicos, percebeu-se que o mesmo processo que opera no decaimento beta clássico pode também produzir positrões (emissão positrónica). Num processo análogo, descobriu-se que ao invés de emitirem positrões e neutrinos, alguns nuclídeos ricos em protões capturavam os seus próprios eletrões atómicos (captura eletrónica), e emitem apenas um neutrino (e geralmente também um raio gama). Cada um destes tipos de decaimento envolve a captura ou emissão de eletrões ou positrões nucleares, e leva o núcleo a aproximar-se da razão entre neutrões e protões que tem a menor energia para um dado número total de nucleões (neutrões mais protões).

Pouco tempo após a descoberta do neutrão em 1932, Enrico Fermi descobriu que certas reações de decaimento raras produziam neutrões como partícula de decaimento (emissão de neutrões). A emissão protónica isolada acabaria por ser observada em alguns elementos. Foi também descoberto que alguns elementos mais pesados podem sofrer fissão espontânea resultando em produtos de composição variável. Num fenómeno chamado decaimento aglomerado, observou-se que eram emitidas ocasionalmente pelos átomos combinações específicas de neutrões e protões (núcleos atómicos), que não as partículas alfa.

Foram descobertos outros tipos de decaimento radioativo que emitiam partículas já conhecidas, mas por meio de mecanismos diferentes. Um exemplo é a conversão interna, a qual resulta na emissão eletrónica e por vezes emissão de fotões de alta-energia, embora não envolva nem decaimento beta nem decaimento gama. Este tipo de decaimento (como o decaimento gama de transição isomérica) não transmuta um elemento em outro.

São conhecidos eventos raros que envolvem a combinação de dois eventos de decaimento beta com ocorrência simultânea. É admissível qualquer processo de decaimento que não viole as leis de conservação da energia ou do momento (e talvez outras leis de conservação) , embora nem todos tenham sido detectados.

Tabela de modos de decaimento

Os radionuclídeos podem sofrer várias reações diferente, resumidas na tabela seguinte, Um núcleo com o número de massa A e número atómico Z é representado como (A, Z). A coluna "Núcleo filho" indicam a diferença entre o novo núcleo e o núcleo original. Assim, (A − 1, Z) significa que o número de massa é menor em uma unidade que antes, mas que o número atómico é o mesmo que antes.

Modo de decaimento	Partículas participantes	Núcleo filho
Decaimentos com emissão de nucleões:
Emissão alfa	Uma partícula alfa| (A = 4, Z = 2) emitida do núcleo	(A − 4, Z − 2)
Emissão de protão	Um protão ejetado do núcleo	(A − 1, Z − 1)
Emissão de neutrão	Um neutrão ejetado do núcleo	(A − 1, Z)
Dupla emissão de protão	Dois protões ejetados do núcleo em simultâneo	(A − 2, Z − 2)
Fissão espontânea	O núcleo desintegra-se em dois ou mais núcleos menores e outras partículas	—
Decaimento aglomerado	O núcleo emite um tipo específico de núcleo menor (A1, Z1) menor ou maior que uma partícula alfa	(A − A1, Z − Z1) + (A1, Z1)
Diferentes modos de decaimento beta:
Decaimento β−	Um núcleo emite um eletrão e um antineutrino de eletrão	(A, Z + 1)
Emissão de positrão (Decaimento β+)	Um núcleo emite um positrão e um neutrino de eletrão	(A, Z − 1)
Captura eletrónica	Um núcleo captura um eletrão orbital e emite um neutrino o núcleo filho é deixado num estado excitado instável	(A, Z − 1)
Decaimento beta de partícula composta	Um núcleo sofre decaimento beta de eletrão e antineutrino, mas o eletrão não é emitido, pois é capturado por uma orbital K vazia; o núcleo filho é deixado num estadoexcitado e instável. O processo é suprimido exceto em átomos ionizados que têm vagas na orbital K	(A, Z + 1)
Decaimento beta duplo	Um núcleo emite dois eletrões e dois antineutrinos	(A, Z + 2)
Captura eletrónica dupla	Um núcleo absorve dois eletrões orbitais e emite dois neutrinos – o núcleo filho é deixado num estado excitado e instável	(A, Z − 2)
Captura eletrónica com Emissão de positrão	Um núcleo absorve um eletrão orbital, emite um positrão e dois neutrinos	(A, Z − 2)
Emissão dupla de positrão	Um núcleo emite dois positrões e dois neutrinos	(A, Z − 2)
Transições entre estados do mesmo núcleo:
Transição isomérica	Núcleo excitado liberta um fotão de alta-energia (raio gama)	(A, Z)
Conversão interna	Núcleo excitado transfere energia para um eletrão orbital e é ejetado do átomo	(A, Z)

Leis de Soddy e Fajans

As leis da desintegração radioactiva, descritas por Soddy e Fajans, são:

Quando um átomo radioactivo emite uma partícula alfa, o número de massa do átomo resultante diminui em 4 unidades e o número atômico em 2 unidades.

Quando o átomo radioactivo emite uma partícula beta, o número de massa do átomo resultante não varia e o seu número atômico aumenta em 1 unidade.

Quando um núcleo "excitado" emite uma radiação gama não ocorre variação no seu número de massa e número atômico, porém ocorre uma perda de uma quantidade de energia "hν".

Desse modo, a emissão de partículas alfa e beta pelos átomos instáveis muda seu número atómico, transformando-os em outros elementos. O processo de desintegração nuclear só termina com a formação de átomos estáveis. O urânio-238, por exemplo, vai sofrendo decaimento até formar o elemento chumbo-206.

Leis da Radioatividade

• 1ª Lei- quando um átomo emite uma partícula alfa, seu número atômico diminui de duas unidades e sua massa atômica de quatro unidades.
• 2ª Lei- quando um átomo emite uma partícula beta, seu número atômico aumenta de uma unidade.

As radiações gama não alteram o número atômico nem o número de massa do átomo. Quando um átomo emite uma partícula radioativa dizemos que ele sofreu uma desintegração.

Radioatividade na cultura popular

Na cultura popular, a radioatividade é amplamente abordada na ficção, principalmente em games com a série Fallout, Resident Evil, Metro 2033 e S.T.A.L.K.E.R. Nos filmes, é abordada em filmes como K-19: The Widowmaker, O Livro de Eli, Broken Arrow, A Soma de Todos os Medos, entre outros.

Ver também

Radiação Isótopo Meia-vida Vida-média Contador Geiger Datação radiométrica

Reactor nuclear Energia nuclear Central nuclear Bomba atómica Transmutação