Introdução Radioatividade é o fenômeno físico-químico, natural ou artificial, aonde um átomo emite partículas elementares com características carac terísticas energéticas capazes ca pazes de interagir com outros outr os elementos, como realiza r ealizado na primeira experiência na qual partículas radioativas foram suadas para marcas uma lâmina fotográfica. Seu estudo tem sido importante para a comunidade humana, pois a manipulação benéfica da radioatividade é amplamente usada na medicina e na geração de energia, como é o caso da tecnologia ogia da radiologia ou na geração de energia nuclear. Porém, seu uso também pode trazer malefícios ao ser humano. A exposição a certas emissões pode causar danos irreversíveis ao organismo, e a tecnologia nuclear já fora usada para fins bélicos, como o caso das bombas nucleares da II guerra mundial.
Descoberta da Radiação A radiação atômica é um fenômeno descober to pelo cientista Antoine-Henri Antoine-Henri Becquerel Becquer el em 1896, e confirmado por Marie Curie em 1897. Realizando experimentos com diferentes sais, estudando materiais fosforescentes, observou que sais de urânio eram capazes de sensibilizar um filme fotográfico, sais que mesmo não sendo fosforescentes eram capazes de tornar o papel preto, notando-se que partículas capazes de atravessar o papel eram liberadas do sal. Os cientistas cientistas envolvidos no principio acharam que se tratava de um fenômeno semelhante aos raios x, radiações descobertas no mesmo período. Porém, as novas radiações setratavam de algo mais complexo.
O experimento d e Rutherford
Rutherford esquematizado
na
buscou, imagem,
com
o
estudar
experimento a
influência
eletromagnética sobre as emissões radioativas recém descobertas. Foi observado que as partículas beta () eram altamente influenciadas pelo anteparo carregado positivamente,
deduzindo-se
que
estas
partículas
possuem caráter negativo. Analogicamente deduz-se que as partículas alfa () possuem caráter positivo, sendo levemente atraídas pelo anteparo carregado negativamente. Já as partículas gama () não sofrem desvio em seu trajeto, concluindo-se que estas não possuem carga elétrica.
Partí culas radioativas
Alfa
Partícula de constituição igual à do núcleo de He, dois prótons e dois nêutrons, devido à sua baixa velocidade (1/10 da velocidade da luz) possui baixo poder de penetração, sendo barrada por quase qualquer material.
Bet a
Partícula proveniente da fissão de um nêutron, com caráter negativo, desprovida de prótons/nêutrons, possui elevada velocidade, se assemelhando à velocidade da luz (9/10 da velocidade).Possuem médio poder de penetração, sendo repelido por materiais densos como agasalhos, madeira, plásticos.
G ama
Não é partícula, é uma onda eletromagnética de alta energia, de velocidade aproximadamente igual à da luz, sendo somente barrada por chumbo, concreto e certas pedras. A exposição às partículas gama pode causar alteração no material genético de um ser humano, acarretando a formação de deformidades em seus descendentes.
Sobr e a emi ssão d e partí culas
De acordo com a emissão de partículas que os elementos realizam, são perdidos prótons, elétrons e nêutrons, o que ao decorrer do tempo acarreta na mudança de caráter químico do material. Assim, um elemento químico pode se transformar em outro, de acordo com as leis da radioatividade.
Lei s da Radioatividad e
Transmu t açõ es Diz-se que, quando um elemento emite uma radiação de forma natural, ele sofreu uma transmutação natural. Um exemplo de transmutação é a transformação de Urânio 238 em Radio 226
Estas transmutações seguem as seguintes leis listadas abaixo:
L ei da Em i ssão d e Ra ios Alfa Quando um átomo emit e uma partí cula alfa, se trans forma em um novo átomo d e um el emento d e
numero d e massa com quatro unidad es a menos e numero atômi co com duas unidad es a menos, segundo a
equação abaixo:
Nota-se que uma emissão de partículas não caract eriza uma r eação quími ca! Exemplos: Urânio se trans forma em Tório
Amerí cio se trans forma em Neptúnio
L ei da Em i ssão d e Ra ios Bet a Quando um átomo emit e uma partí cula beta, se trans forma em um novo átomo d e umel emento d e
numero d e massa igual, porém d e numero atômi co com uma unidad e a mai s , segundo a equação abaixo:
Como dito anteriormente, a geração de uma partícula beta provém da fissão de um nêutron. Este origina um próton, que permanece ligado ao núcleo do átomo primordial, e um elétron, que é emitido em forma de radiação. Também é gerado um antineutrino (v), antipartícula elementar do nêutron, partícula simétrica ao nêutron.
Exemplos: C arbono se trans forma em nitrogênio
Transmu t ação Ar ti f ici al Quando uma transmutação ocorre devido ao bombardeamento de partículas alfa ou beta em um átomo estável, diz-se que se realiza uma transmutação artificial. Exemplos: Primeira transmutação, r ealizada por Rutherford:
Transmutação r esultant e na d escoberta do nêutron, por C hadwi ck
Desint egrações radioativas As emissões , e , que ocorrem em substâncias radioativas, provém somente do núcleo atômico, por isso quando se estuda algo sobre elas, falamos que são processos nos quais ocorrem Desintegrações nucleares. Nos estudos das desintegrações, pode-se observar que uma dada substância radioativa perde sua massa ao longo do tempo devido à liberação das pa rtículas e que essa liberação leva um determinado tempo para que ocorra.
V elo ci dad e d e d es i n teg ração Ao considerar uma substância radioativa X que contenha um número N0 de átomos iniciais, essa substância ao longo de um determinado tempo, ela emite partículas que por conseqüência, diminuem a sua massa inicial esse período de tempo pode ser denominado t. Ao final desse tempo, obtemos um novo número de átomos daquela substância X, que subtraindo a inicial (N0), obtemos a variação do número de átomos dessa substância.
Dividindo essa variação do número de átomos com a variação de tempo, obtemos a Velocidade de Desintegração.
d e S em s ou P eríodo i- de in teg ração Mei a v ida Meia vida é basicamente uma denominação à um período de tempo no qual uma amostra radioativa leva para reduzir a sua massa pela metade emitindo partículas e . Por exemplo: Temos 10g de uma substância Y radioativa. Ela estará a todo momento emitindo partículas que diminuirão a sua massa. Vamos supor, que depois de 1 ano, a massa inicial de 10g caiu a 5g, ou seja, diminui a massa inicial pela metade. Dizemos então, que a Meia vida da substância Y é de 1 ano. A cada ano, a massa da substância vai r eduzir à metad e. E essa redução da massa pela metade ocorre até a massa final da substância ficar desprezível.
O estudo da Meia Vida é bastant e utilizada nas datações por carbono-14, que por sinal é radioativo. Sabendo a quantidade de carbono-12, a de carbono-14 e a meia vida do C-14, podemos saber quando houve o falecimento do organismo.
Fómulas para o cál culo
No qual, M é igual a massa final da substância; M0 é a massa inicial; X é o número de períodos que já ocorreram.
No qual: t é o te
o qu e levou d esde o início da desinte aç o nuclear; M f e M0 s o as massas final e inicial; t 1/2 é o tempo tab elado de meia vida para determinada substância.
F ssão Nuc ea Fenôm eno descob erto e estudado pelos cientistas Enrico Fermi, Emílio Se rê, Otto Hahn e Fritz Strassman, no qual ocorre a fiss o (divis o) do núcleo de um átomo grande, em átomos menores, através do
bombard eamento de nêutrons no átomo primário. Um processod e fiss o raramente ocorre espontan eam ente na natureza, sendo necessária a pro vocaç o deste pro cesso a partir do bombard eam ento d e um átomo instável com nêutrons. A fiss o é um processo qu e libera energia, que está sendo amplamente discutida e usada como fonte de en ergia nas usinas nucleares. Esta energia é proveniente das ligaç es entre as partículas internas do núcleo. O processo d e fiss o mais estudado e utilizado é o do Urânio 235. Nota-se qu e é alta a probabilidad e d e uma reaç o d e fiss o em cad eia, já que a fiss o de um átomo d e urânio gera novos nêutrons, disparados em direç es opostas.
Duas r ea ões da fi ssão do ur ân i o
Fusão Nuc ear É o pro cesso no qual dois átomos de menor tamanho, em condiç es de energia e velocidade favorá veis, se un em gerando um novo átomo maior. É n ecessária muita energia para a ati va ç o da fus o, porém níveis muito maiores d e energia s o liberadas após a fus o, depend endo do tamanho dos átomo senvolvidos. Se os átomos forem p equ enos, como o caso da fus o de isótopos de hidrog ênio para obtenç o de Helio, é liberada en ergia. Se os átomos forem grandes, há a consumaç o de energia. Ho je s o estudadas maneiras para o manejo e domínio do processo de fus o nuclear, não sendo possível realizar procedimentos proveitosos para a obtenção d e energia a partir d este. O f enôm eno de fusão nuclear mais observado por cientistas é a fusão d e átomos de hidrog ênio resultante na formação d e átomos de Helio, processo que ocorre no Sol e em estrelas no universo. O Sol e suas altas temperaturas fornecem en ergia suficiente para a ativação da fusão, e são liberadas as radiaç es que fornecem energia para o no sso planeta.
Duas possi bili dades par a a f usão do hi d ro g ni o
Um estudo mais comple o da fusão nuclear o corrente nas estrelas denota um ciclo chamado de CNO, no qual prótons e átomos de hidrog ênio fundem-se a átomos de carbono e oxigênio, originando no final a fissão de um átomo d e nitrogênio em um átomo de Helio e um de carbono, como mostrado na figura ilu strati va abaixo:
A pli cações da radioatividad e O fenômeno da radioatividade pode ser aproveitado em diversas aplicações, que abrangem áreas como a medicina e até a indústria bélica. Seguem alguns exemplos se aplicações comuns para a radioatividade: y
A radiografia é uma técnica de diagnóstico médico feito por imagens obtidas com raios-X , capazes de atravessar o corpo. Esta técnica torna possível visualizar diferentes tecidos do corpo de um paciente, e, por conseguinte, é possível detectar fraturas ósseas, câncer, e vários outros distúrbios de pacientes.
y
Usinas de energia nuclear transformam a energia liberada a partir de reações nucleares em corrente elétrica para o abastecimento de redes elétricas.
y
Tipos de radiação ionizante, aquela que tem energia suficiente para alterar cargas elétricas de matérias, são usadas para esterilizar matérias cirúrgicos ou outros: a radiação produz cargas fatais em células de micróbios eventualmente presentes.
y
A bomba nuclear é uma arma capaz de destruir cidades pela liberação de energia pela fissão ou fusão nuclear.
y
A radioterapia consiste no tratamento de tumores a partir do uso da radiação ionizante, que tem o principio de matar células cancerígenas através da aplicação de radiações.
f eitos E y
fi siológi cos da radioatividad e
Quando expostas sobre humanos, radiações ionizantes são capazes de romper ligações moleculares dentro das células formando radicais livres, os quais se ligam a outras moléculas e causam danos somáticos ou hereditários.
Os efeitos somáticos variam de queimaduras ou irritações na pele,
aparecimento de câncer, e até óbito. Os efeitos hereditários são decorrentes da mutação do DNA e se manifestam como doenças genéticas nos descendentes de alguém que foi exposto à radiação. y
O acidente na usina nuclear de Chernobyl afetou diversas vítimas e devastou uma cidade. Os descendentes das vítimas de Chernobyl nasceram com diversas anomalias. O acidente ocorrido em Goiânia, no qual várias pessoas entraram em contato com cloreto de césio 137 encontrado em uma máquina de radioterapia e sofreram sintomas da Síndrome Aguda da Radiação. Aproximadamente 6 mil pessoas foram atingidas pela radiação e 60 morreram.
Li x o Nucl ear O lixo nuclear é formado, em sua maior parte, em Usinas Nucleares como a de Angra I e II, usinas brasileiras localizadas no estado do Rio de Janeiro, mas também pode ser formado em industrias de tecnologia, centros de pesquisas físicas e industriais que utilizam material nuclear, como, por exemplo, as máquinas de raio X. O lixo radioativo é produzido em todos os estágios do ciclo de produção do combustível nuclear, desde a mineração do urânio até o reprocessamento de combustível nuclear irradiado. Toda produção de energia gera lixo e envolve riscos ao ser humano e ao meio ambiente. Grande parte desse lixo permanecerá radioativo por milhares de anos, sendo uma grande ameaça para as futuras gerações. Portanto, o grande desafio é como mantê-lo em condições seguras e invioláveis por tanto tempo. Contudo, a quantidade de lixo nuclear é pequena. Segundo a Agência Internacional de Energia Atômica o que há de lixo radioativo, depois de 50 anos de uso comercial da energia nuclear, não enche um estádio de futebol. Os principais problemas do lixo radioativo são: ele permanece contaminado por um longo período (como já foi mencionado acima), que pode chegar em até mais de 100 mil anos; ele também representa um constante risco, pois caso haja um vazamento, a radiação emitida por ele pode causar graves problemas de
saúde nas pessoas que forem expostas, como queimaduras, câncer, má formação de crianças e pod e até,
depend endo do grau de radiação, levar a morte. Há três categorias de lixo radioativo: resíduo de alto nível; resíduo de nível intermediário e resíduo de baixo nível. O resíduo de alto nível consiste principalmente em combustível irradiado pro veniente dos núcleos de reator es nucleares e de rejeitos líquidos de alta atividade produzidos durante o r eprocessam ento (processo em que o isotópo radioati vo de plutônio é separado do combustível nuclear irradiado por meio de tratamento químico). A remoção de plutônio p elo repro cessamento r esulta num imenso volume de rejeito líquido radioativo. O resíduo intermediário, de maneira geral, é mil vezes mais radioativo que o resíduo de baixo nível. Estes rejeitos de baixo nível pod em ser d efinidos como os resíduos qu e não requ erem blindagem durante o manuseio normal e o transporte. Os resíduos de baixo nível consistem principalm ente de itens como roupas de proteção e equipam entos de laboratório qu e possam ter entrado em contato com material radioati vo. É d e grand e importância armaz enar esse lixo em lo cais que não of ereçam risco, i solados da população. Assim os resíduos de baixo nível são armaz enados em tambores e lacrados, depois são guardados em locais que possuam vigilância constante e qu e monitorem a radiação do lixo. O lixo nu clear com maior carga radioativa (d e nível intermediário) é estocado como líquido concentrado em tanques de aço inoxidável, rodeado por concreto. O lixo nuclear considerado ainda mais perigoso (de alto nível) é transformado em blocos de gelo, que devem ser estocados em minas profundas sob o solo. Em alguns países, como nos Estados Unidos,o lixo é armazenado em túneis profundos localizados no deserto. Os depósitos d e lixo nuclear em alguns países ainda apresentam condiç es precárias, faltando lugar para armazenar esse material, o que causa sérios acidentes.
Aci dent es
Rad i oati vos
Os acidentes nucl eares são a cidentes d ecorrentes da liberação d e radiação em in stala ç es qu e possam fornecer a mesma, notadament e usinas nucleares, causando sérios danos às pessoas a ao meio ambiente. São caracterizados por causarem sérios danos à saúde humana ou,até mesmo, a morte e danos sérios ao meio ambiente; geram campos de intensa radiação não intencional, onde é liberada grande quantidad e de material radioativo. Abaixo seguem dois dos principais e mais graves acidentes radioati vos conh ecidos:
Chernobyl ( tu l Uc rânia), em 26 d e bril d e 1986. O acidente de Chernobyl, considerado o maior acidente nucl ear da história, foi decorrente da explosão do núcleo do reator de uma usina nuclear que existia a 18 km da cidade, causado por falha humana: problemas em hastes de controle do reator qu e foram mal pro jetadas e por erro no manuseio da máquina. Houve liberação d e produtos radioativos por duas semanas.Dentre as conseqü ências do acident e cita-se a poeira radioativa que tomou conta do local e a contaminação das p essoas da r egião através de água e verdura contaminadas.Nesse acidente centenas de pessoas foram direta ou indiretament e contaminada s, sendo que 115 pessoas sofreram síndrome aguda da radiação; ao final d e 8 meses, 31 pessoas haviam morrido. Após o acidente foi construída uma estrutura de concreto e aço sobre o local acidentado e contaminado, que recebeu o nome d e sarcófago. O sar cófago tem a finalidade de impedir a liberação dos 95% do combustível nuclear ainda existente no local.
Até hoje inúmeras pessoas possuem graves seqüelas daquele acidente. Na época, devido à alta contaminação de certos locais (raio maior que 30 km), o governo soviético evacuou cerca de 50.000 pessoas e alguns lugares próximos à usina não foram novamente ocupados.
G oi â n i a Bras il), e m 13 d e S ete mbro d e 1987 Um ano e meio após o acidente em Chernobyl, aconteceu o acidente de Goiânia, onde pessoas que trabalhavam de catadores de sucata abriram a golpes de marreta uma peça de equipamento hospitalar para radioterapia que pesava 120 quilos, que estava abandonada em um terreno que continha aproximadamente 19 gramas de césio-137. Este, que se apresenta na forma de pó, foi vendido a um ferro-velho, o dono, encantado com o pó azul que brilhava na falta de luz, fez um anel para sua esposa e distribuiu o pó para amigos e familiares, contaminando ainda mais vítimas. Quando o acidente foi descoberto, autoridades enviaram policiais e bombeiros, sem proteção adequada, para isolar a área, estes também se contaminaram. As vítimas tiveram suas residências e pertences destruídos e levados para um aterro. Os trabalhadores que fizeram a demolição e o transporte também se contaminaram. Calcula-se que mais de 60 pessoas foram vítimas fatais e em torno de 6 mil foram contaminadas, produziu-se cerca de 13,4 toneladas de lixo atômico, perigoso ao meio ambiente por mais de 180 anos, que foram condicionados em contêineres fechados hermeticamente, enterrados em uma vala de aproximadamente 30 metros de profundidade e revestida por uma parede de concreto e chumbo de 1 metro de espessura, ainda foi construída uma montanha sobre a vala. Nas proximidades do ferro- velho foi coberto por 7 metros de espessura de concreto para impedir possíveis vazamentos de radiação.
C onclusão O estudo da radioatividade e de suas características é algo recente na área da química. Seu estudo tem se mostrado muito útil para a humanidade, com fins aplicados à diversas áreas da tecnologia, como a farmácia, a engenharia, a medicina etc... Porém este estudo ainda apresenta muitas características intrínsecas para os químicos, muitas técnicas ainda são buscadas visando o domínio do conhecimento para maior proveito dos fenômenos, como a obtenção de energia elétrica a partir de fusão ou fissão nuclear.
Re f erências Bibliográfi cas http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_nuclear http://pt.wikipedia.org/wiki/Bomba_nuclear http://pt.wikipedia.org/wiki/Radioterapia http://www.brasilescola.com/quimica/acidente-cesio137.htm http://www.brasilescola.com/historia/chernobyl-acidente-nuclear.htm http://pt.wikipedia.org/wiki/Desintegra C3 A7 C3 A3o_radioativa http://plato.if.usp.br/~fma0374d/aula10/node3.html
Uni ver si dade
T ecnol ógi ca Feder al do Par aná
Q uími ca
4 M51
Profª Kely S.
Lucas Petr elli Ra f ael Ber nar delli Raul Gr ossi Sor ai a Gatti
Rad i io d d e at i iv vi id a
C uriti ba Junho /2010
