PostHeaderIcon Elementos Radioativos

Os elementos radioativos.

Rádio
Metal de símbolo Ra, número atômico 88, massa atômica 226,05, descoberto em 1898 por P. e M.Curie, é dotado de intensa radioatividade. O rádio é um metal alcalino terroso, que funde a 700 °C. Muito raro na natureza, é extraído da pechblenda. Desintegra-se com uma vida média de 1620 anos, produzindo uma emanação gasosa de hélio e de radônio. Esse último, também radioativo, transmuta-se no polônio que, por uma série de novas desintegrações, conduz finalmente ao chumbo 206. As radiações alfa, beta e gama emitidas pelo rádio são dotadas de grande poder bactericida e sua ação fisiológica acarreta a destruição dos tecidos e a suspensão da mitose, donde diversas aplicações terapêuticas (curieterapia).

 

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Tório
Metal raro de símbolo Th, número atômico 90, massa atômica 232,038,branco, cristalino, de densidade 12,1, e que funde a 1700°C, aproximadamente, extraído da torita.

 

Urânio
Metal de símbolo U, número atômico 92, massa atômica 238,07, e densidade de 18,7, extraído do óxido de urânio. Último elemento natural da classificação periódica, o urânio foi isolado em 1841 por Péligot. Trata-se de um sólido cinza-ferro, que funde a 1800°C e se oxida facilmente. O óxido uranoso, ou urano, UO2, é um sólido negro, de propriedades básicas, a que correspondem os sais uranosos, verdes.

O anidrido urânico, UO3, alaranjado, é anfótero e produz, em reação comos ácidos, sais de uranila (pois contém o radical UO2). Tais sais são amarelos e dotados de fluorescência verde. O UO3 dá também, ao reagir com as bases, os uronatos, como o Na2UO4; este, incorporado ao vidro, resulta no vidro de urânio, que se torna fosforescente sob a ação de raios ultravioletas.

O minério de urânio mais importante é a pechblenda, ou uraninita, U3O8. Existem, todavia, muitos outros, que vêm sendo ativamente extraídos.

Foi no urânio que Henri Becquerel descobriu a radioatividade. O produto natural é uma mistura de três isótopos, entre os quais o U238, mais abundante, gerador da família do rádio, e o U235, gerador da família do actínio. Sob a ação de nêutrons, o urânio 238 pode transformar-se em plutônio, e o urânio 235 pode sofrer fissão nuclear.

Em virtude da baixa concentração do urânio em seus diversos minérios (em geral menos de 1%), os tratamentos metalúrgicos compreendem inicialmente uma concentração física e, depois, uma concentração química dos sais de urânio. Após a purificação do concentrado, o metal é elaborado, a partir do tetrafluoreto, por redução metalotérmica pelo magnésio ou pelo cálcio. É afinado por refusão à vácuo antes de enformado e tratado termicamente. O urânio é utilizado sobretudo como combustível nos reatores nucleares (barras, tubos, anéis); seja em estado puro, seja em liga como o molibdênio, ou ainda em compostos refratários (óxido, carboneto). Pode também ser enriquecido num isótopo físsil, principalmente pelo processo seletivo da difusão gasosa do hexafluoreto através de paredes porosas, ou pelo processo de ultracentrifugação.

Polônio
Metal de símbolo Po, radioativo, de número atômico 84, massa atômica 210, que acompanha geralmente o rádio.

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Os Perigos da Radiação

A radiação danifica os tecidos vivos, de modo que as pessoas que trabalham com material radioativo devem se proteger. Os raios alfa e beta são absorvidos mais facilmente, mas os raios gama são muito mais penetrantes. Os elementos de núcleo atômico alto absorvem melhor os raios gama, em comparação com os de baixo número atômico. A radiação em excesso pode causar câncer, a multiplicação acelerada e desenfreada de células de certas regiões do corpo. Os efeitos biológicos da radiação são diversos, entre eles o desenvolvimento de tumores, leucemia, queda de cabelo, redução na espectativa de vida, indução à mutações genéticas, malformações fetais, lesões de pele, olhos, glândulas e órgãos do sistema reprodutivo.

Tipos de Radiação

Existem três tipos de radiação: alfa, beta e gama. Becquerel, Ernest Rutherford, da Nova Zelândia, e Marie e Pierre Curie, da França, foram os responsáveis pela sua identificação.

Quando submetemos as emissões radioativas naturais, por exemplo do polônio ou do rádio, um campo elétrico ou magnético, notamos a sua subdivisão em três tipos bem distintos. Veja a figura abaixo:

 

A emissão que sofre pequeno desvio para o lado da placa negativa foi denominada emissão alfa.

A que sofre desvio maior para o lado da placa positiva foi denominada emissão beta

A que não sofre desvio foi chamada de emissão gama

 

Radiação Alfa

Os raios Alfa tem 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. Uma ou duas folhas de papel podem deter os raios alfa. Quando um núcleo emite uma partícula alfa, perde dois prótons e dois nêutrons. Por exemplo, a radiação alfa ocorre no U238um isótopo do urânio que tem 92 prótons e 146 nêutrons. Após a perda de uma partícula alfa, o núcleo tem 90 prótons e 144 nêutrons. O átomo com número atômico 90 não é mais o urânio, mas o tório. o isótopo formado é o 12Th234.

 

1- As partículas alfa são núcleos de hélio. Consistem em dois prótons e dois nêutrons que se comportam como uma partícula única.

2- O núcleo do rádio, no qual prótons e nêutrons se unem para formar uma partícula alfa.

3- A partícula alfa é emitida pelo núcleo.

 

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. Por exemplo, um isótopo de carbono, o 6C14, emite elétrons negativos. O C14, tem oito nêutrons e seis prótons. Quando se desintegra, um nêutron se transforma em um próton, um elétron e um neutrino. Após a emissão do elétron e do neutrino, o núcleo contém sete prótons e sete nêutrons. Seu número de massa permanece o mesmo, mas seu número atômico aumenta de um. O elemento com número atômico sete é o nitrogênio. Assim, o 6C14 transforma-se no 7N14 após a emissão de uma partícula beta negativa.

Quando o núcleo emite um pósitron, um próton do núcleo transforma-se em um nêutron, um pósitron e um neutrino. O pósitron e o neutrino são emitidos no mesmo instante da sua formação, e o nêutron permanece no núcleo. Um isótopo de carbono, o 6C11, emite pósitrons. O C11 tem seis prótons e cinco nêutrons. Quando emite um pósitron, um próton se transforma em um nêutron, um pósitron e um neutrino. Após a emissão do pósitron e do neutrino, o núcleo contém cinco prótons e seis nêutrons. O número de massa permanece o mesmo, mas o número atômico cai de um. O elemento de número atômico cinco é o boro. Assim, o 6C11 transforma-se no 5B11 após a emissão de um pósitron e de um neutrino.

 

 

1- As partículas beta são elétrons em alta velocidade emitidos por certos átomos radioativos.

2- Os elétrons negativos formam-se pela desintegração de um nêutron. Os elétrons positivos formam-se pela desintegração de um próton.

3- A partícula beta é arremessada no instante em que se forma. Um neutrino, uma partícula quase sem peso, também é emitido.

 

Radiação Gama

Os raios gama não tem carga elétrica. São semelhantes ao raio x, mas normalmente tem 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.

 

 

1- Os raios gama são partículas, ou fótons, de energia eletromagnética.

2- Núcleo do radio.

3- Os raios gama são liberados quando um núcleo, após uma desintegração radioativa, fica num estado de alta energia.

 

 

Isótopos

As bombas atômicas, cujo princípio se baseia nas gigantescas quantidades de energia desprendidas durante as reações de fissão nuclear, utilizam como matéria-prima o isótopo 235 do urânio.

Isótopos são átomos de um mesmo elemento que diferem entre si quanto ao número de massa (quantidade de prótons e nêutrons no núcleo), motivo pelo qual apresentam propriedades físicas diferentes, mas comportamentos químicos semelhantes.

Considerações gerais. De acordo com a teoria atômica proposta por John Dalton, no século XIX, e desenvolvida, ao longo do século XX, com o auxílio da mecânica quântica, os átomos possuem duas regiões com propriedades bem diferenciadas. A primeira delas é formada de um núcleo pequeno se comparado ao volume atômico, com elevada densidade eletrônica e constituída de partículas denominadas prótons (carregadas positivamente) e nêutrons (eletricamente neutros). A constituição do núcleo atômico confere a um elemento suas propriedades físicas específicas. O núcleo é envolvido por elétrons, partículas elementares de carga negativa, distribuídos em orbitais com níveis energéticos distintos. A configuração eletrônica confere ao elemento suas propriedades químicas particulares.

Um elemento é primeiramente identificado pelo número de prótons existentes em seu núcleo (número atômico), mas nem todos os átomos de um mesmo elemento apresentam o mesmo número de nêutrons. Essa variação é, precisamente, o que distingue os isótopos.

História. A primeira evidência de que duas substâncias com as mesmas propriedades químicas não apresentam, obrigatoriamente, características físicas idênticas resultaram do estudo da radioatividade dos elementos pesados. Em 1906 e 1907, vários pesquisadores mostraram que a mistura de iônio e tório não podia ser separada por nenhum processo químico. Pelo critério da indistinguibilidade química, comprovou-se que a mistura era na verdade composta de duas espécies radioativas do mesmo elemento: tório 230 (iônio) e tório 232.

O termo isótopo foi criado em 1913 pelo químico inglês Frederick Soddy para designar as diferentes espécies do mesmo elemento. Pouco tempo depois, surgiram indicações de que a isotopia poderia existir também no grupo dos elementos estáveis. Em 1919, Francis Aston provou que o neônio consistia, principalmente, de duas espécies atômicas. Seguiu-se a descoberta de que o cloro tinha dois isótopos, e logo ficou claro que a maioria dos elementos consiste de uma mistura de isótopos. A invenção das pilhas atômicas para reações nucleares e dos aceleradores de partículas abriu a possibilidade de obter isótopos de quase todos os elementos químicos conhecidos. Na maioria dos casos, esses isótopos são artificiais e se desintegram espontaneamente, por processos radioativos, para dar origem a isótopos estáveis do mesmo elemento.

Abundância isotópica. Na natureza, quase todos os elementos químicos presentes em substâncias minerais e na atmosfera são compostos de vários isótopos. O hidrogênio, por exemplo, o átomo mais simples do ponto de vista estrutural, apresenta-se com três isótopos distintos: o hidrogênio propriamente dito, de massa 1 uma (unidade de massa atômica), com abundância superior a 99%; o deutério, com 2 uma, constituinte da água pesada, empregada na refrigeração de reatores nucleares; e o trítio, com 3 uma, instável e radioativo. Entre os halogênios, o bromo é uma combinação praticamente eqüitativa de seus isótopos 79 e 81, enquanto o flúor apresenta uma única variedade isotópica. Os isótopos de urânio desempenham um papel fundamental em todos os processos nucleares e radioativos. De modo geral, para cada elemento, a proporção de isótopos é fixa, independentemente de seu estado físico.

Aplicações. Os isótopos têm inúmeras aplicações na medicina, na indústria e na pesquisa científica. O isótopos radioativos são comprovadamente eficazes como traçadores em alguns métodos de diagnósticos. Por serem quimicamente idênticos aos isótopos estáveis, tomam seu lugar nos processos fisiológicos e podem ser detectados com equipamentos como o espectrômetro de raios gama.

O iodo 131 se emprega para avaliar, por exemplo, a atividade da glândula tireóide, onde o isótopo se acumula. Usa-se o fósforo 32 para identificar tumores malignos, porque as células cancerosas tendem a acumular fosfatos em quantidade maior do que as células normais. Isótopos radioativos como o cobalto 60 e o césio 137 são usados no tratamento do câncer, para minimizar os prejuízos causados a células vizinhas aos tumores.

Entre as aplicações industriais dos radioisótopos, a mais importante é a geração de energia a partir da fissão nuclear do urânio, nos reatores nucleares. Os isótopos radioativos também podem ser usados para medir a espessura de lâminas plásticas e metálicas e para induzir mutações genéticas em plantas, com a finalidade de obter espécies vegetais mais resistentes. A pesquisa geológica e arqueológica fez sensíveis progressos com a utilização de técnicas de datação radiométrica, principalmente com o carbono 14, que ajudou a reconstituir a seqüência de eventos pré-históricos e históricos e a determinar a idade de fósseis e restos arqueológicos.

ISÓTOPOS RADIOATIVOS

Os isótopos radioativos, ou seja, aqueles que emitem algum tipo de radiação são também ferramentas essenciais na agricultura moderna. No Cena, estudo semelhante ao que é feito com o isótopo estável do Nitrogênio (N-15), é realizado com os elementos não-estáveis Fósforo-32, Enxofre-35, Cálcio-45, Zinco-65, Manganês-54 e Ferro-59, para entender a absorção destes nutrientes nas culturas.

As pesquisas permitem saber, por exemplo, entre as várias fontes de um determinado nutriente, aquelas que são mais eficientes no aumento da produtividade da planta. Além disso, pode-se medir o grau de absorção do adubo via folhagem. Para Takashi Muraoka, professor e pesquisador do Cena, os benefícios da pesquisa são, por um lado, a economia em fertilizantes agrícolas e, por outro, a preservação do meio ambiente. “Se a planta não aproveita todo o insumo, há desperdício e um prejuízo econômico. E como adubo é um insumo caro, não pode haver perda. O estudo tem também o objetivo de evitar a poluição, pois se uma cultura absorve apenas 30% de um determinado fertilizante, o que for colocado a mais corre o risco de atingir o lençol freático”, explica. Recentemente, o Laboratório de Fertilidade do Solo do Cena está participando, juntamente com a Cnen (Comissão Nacional de Energia Nuclear) e a AIEA (Agência Internacional de Energia Atômica), de um projeto para pesquisar o melhor manejo de fertilizantes no Cerrado brasileiro, com o uso de técnicas nucleares. Participam do projeto, além do Brasil, Venezuela, México, Cuba, África do Sul, Benin, Burkina Faso, Alemanha, EUA e Austrália, estes três últimos como colaboradores. “Todos esses países possuem terras com características semelhantes ao Cerrado brasileiro, como a acidez e a deficiência de Nitrogênio e Fósforo”, diz Muraoka.

No Cena, os radioisótopos também são usados no estudo da nutrição animal. A finalidade é compreender a cinética de alguns minerais, entre os quais estão o Fósforo e o Cálcio radioativos, no organismo animal. “Como no Brasil há deficiência de alguns minerais, temos que estudar melhor o seu aproveitamento pelos animais, pois o custo de suplementação é alto. Para isso, injetamos radioisótopos no animal e estudamos a absorção e excreção, ou seja, o metabolismo do mineral. No caso da Europa, em alguns países, ocorre poluição nos solos devido ao excesso de minerais excretados nas fezes; assim, é importante medir esta excreção, para controlar o desperdício e também para evitar poluição”, afirma Dorinha Miriam Vitti, pesquisadora do laboratório de nutrição animal.

Outra linha de pesquisa do mesmo laboratório usa técnicas in vitro com radioisótopos, para medir o crescimento dos microorganismos no rúmen do animal. Com essa técnica podem ser testados, por exemplo, vários tipos de capim. O objetivo é avaliar quais as melhores fontes de alimento.

Também em andamento, as pesquisas de absorção de metais pesados do Cena pretendem responder se existe algum risco de contaminação destes metais no homem. Isso porque, como os fertilizantes são rochas (minerais) que são trituradas e misturadas às plantas, sempre há o risco de conter pequenas quantidades de metais pesados (cádmio, chumbo, níquel ou crômio). “Esses metais são micronutrientes que aumentam a produção agrícola. Mas a margem entre o grau de deficiência registrado pelo solo e a toxicidade é muito estreita. Será que esses metais pesados vão nos causar algum problema? Temos que produzir e, ao mesmo tempo, preocuparmo-nos com a saúde humana e com o meio ambiente. Então, lançamos mão de técnicas nucleares para responder a essas questões”, diz Cassio Hamilton Abreu Junior, responsável pela pesquisa desses metais no Cena.

O que são radiações?

No final do século XIX, um minério de urânio foi esquecido em cima de um filme fotográfico. Dias depois, o filme foi verificado e visualizaram uma marca derivada de “alguma coisa” que saia do minério de urânio. Na época, denominaram “essas coisas” de raios ou radiações.

O fenômeno de liberação de radiações foi denominado de radioatividade e os elementos químicos que apresentavam esta propriedade foram chamados de elementos radioativos.

Atualmente, definem-se radiações, como sendo: ondas eletromagnéticas ou partículas que se propagam com alta velocidade e energia, e que, quando interagem com a matéria, podem produzir variados efeitos sobre ela.

 

De onde surgem as radiações?

Geralmente, elas podem ser geradas por fontes naturais (ex.: átomos instáveis em decaimento) ou por dispositivos desenvolvidos pelo homem (rádio AM, FM e forno de micro-ondas).

Radiação alfa (α)

Radiação beta (β)

Radiação gama(γ)

Tempo de meia-vida

Luz, micro-ondas, ondas de rádio AM e FM, laser, raios X e raios gama são as formas de radiação eletromagnéticas mais conhecidas. Já feixes de elétrons, feixes de prótons, partículas beta, partículas alfa e feixes de nêutrons são exemplos de radiação de partículas, ou seja, são radiações com massa, que podem originar de átomos de elementos químicos.

Todos os elementos químicos naturais apresentam isótopos radioativos, que podem ser, também, naturais ou artificiais (criados pelo homem).

Neste momento, é importante que retomemos o termo isótopo.

Isótopos são átomos de um mesmo elemento químico, ou seja, possuem o mesmo número atômico (mesmo número de prótons). No entanto, possuem massas atômicas (soma da quantidade de prótons e nêutrons existentes no núcleo atômico) diferentes.

Ex.: 1H1, 2H1, 3H1

1H1 – significa, que o átomo possui 1 próton e número de massa igual a 1.
2H1 – significa, que o átomo possui 1 próton e 1 nêutron, logo, número de massa igual a 2.
3H1 – significa, que o átomo possui 1 próton e 2 nêutrons, logo, número de massa igual a 3.

 

Fontes:

http://www.coladaweb.com/quimica/fisico-quimica/elementos-radioativos
http://www.grupoescolar.com/pesquisa/elementos-radioativos.html
http://www.periodicvideos.com/

 

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