RADIOQUÍMICA

(Por Profa. Rosemeire Auxiliadora Cecílio, Etec-GV, 5-Nov-2015, editado por Yamamoto, Thiago K.)

É o ramo da Química que estuda reações químicas usando técnicas radioativas, ou seja, é a parte da química que estuda a radioatividade.

Radioatividade é a emissão espontânea de radiações de núcleo instáveis de átomos, dando origem a outros núcleos.

O processo mostrado na figura é chamado de reação nuclear, decomposição radioativa, transmutação, ou ainda decaimento radioativo.

Um pouco de HISTÓRIA

1895 – Wilhelm Conrad Röentgen

Trabalhando com um tubo de Crookes, descobriu, acidentalmente, uma radiação invisível e penetrante que era capaz de atravessar corpos opacos e fazer brilhar uma tela fluorescente ou impressionar uma chapa fotográfica. Não sabendo identificar tais radiações, denominou-se de raio X.

1896 – Antoine Henri Becquerel.

Trabalhava com um mineral fluorescente o sulfato duplo de potássio e urânio, e, por um feliz acaso, observou que mesmo envolto em papel preto e protegido de qualquer radiação energética o mineral continuava emitindo raios invisíveis e altamente penetrante capazes de impressionar uma chapa fotográfica, ou de fazer brilhar uma tela fluorescente. Não podendo identificar tais emanações energéticas denominou-as de raios de urânio

1897 – Ernest Rutherford

Estudando os raios de urânio, constatou a presença de duas radiações distintas, que foram denominadas de:

Raios moles (a)

Raios duros (b)

1898 – Pierre Curie e Marie Sklodowska Curie

A partir do mineral pechblenda, após extrair o urânio, observaram que ainda persistia um efeito de radiações, maior que o do urânio, e partindo para um exaustivo trabalho de análise encontraram dois novos elementos, rádio e polônio, e deram o nome radioatividade ao fenômeno da emissão espontânea de radiações.

1900 – Paul Villard

Demonstrou a existência de uma terceira radiação, de natureza eletromagnética, sem carga ou massa e mais penetrante: os raios gama (g).

Emissões Nucleares

Radiação Ionizante

Energia e partículas emitidas de núcleos instáveis são capazes de causar ionização. Quando um núcleo instável emite partículas, as partículas são, tipicamente, na forma de partículas alfa, partículas beta, ou nêutrons. No caso da emissão de energia, a emissão se faz por uma forma de onda eletromagnética muito semelhante aos raios-x: os raios gama.

Emissão alfa (a):- é constituída por partículas positivas, formadas por dois prótons e dois nêutrons, ou seja, iguais ao núcleo do átomo de hélio. Esse tipo de radiação é lento, quando comparado a outros tipos, por ser constituídos de partículas relativamente pesadas. É por isso também que o poder de penetração dessas partículas é pequeno, sendo retidas até mesmo por uma folha de papel.

Emissão Beta(b):- Constituída de partículas iguais aos elétrons, emitidas a altíssimas velocidades por núcleos radioativos com poder de penetração intermediário entre as radiações, alfa (a) e gama(g).

Emissão gama(g):- É constituída por ondas eletromagnéticas, semelhantemente aos raios X. A radiação gama é produzida no núcleo atômico. Ela é dotada de alta velocidade esse tipo de radiação pode atravessar o corpo humano, mas é bloqueada por lâminas de chumbo com mais de 8 mm de espessura.

Emissão de nêutrons: O quarto tipo de radiação ionizante é o resultado da emissão de nêutrons por núcleos de átomos radioativos. A emissão nêutron é associada com a fissão nuclear. Fissão nuclear é usada em usinas nucleares para gerar o calor usado para produzir energia elétrica. A fissão envolve a divisão de átomos com muitos prótons e nêutrons (como o urânio 235) em átomos menores. O processo de fissão libera energia e dois ou três nêutrons.

CARACTERÍSTICAS DAS RADIAÇÕES

Partículas Alfa

Partículas alfa são compostas por dois prótons e dois nêutrons.

Quando um átomo emite uma partícula alfa, ele perde dois prótons. Deste modo, o átomo instável muda para um elemento diferente.

Genericamente:

(um átomo X emite uma partícula alfa e se transforma em um átomo Y, liberando calor)

Exemplo:

O urânio 238, quando decai, emite uma partícula alfa. Quando isso ocorre, ele se transforma em thorio 234.

Isso ocorre devido ao fato que, ao emitir a partícula alfa, ele perde dois prótons. Deve-se lembrar que a identidade de um átomo é determinada pelo número de prótons encontrados no núcleo do átomo.

Partículas Beta

Partículas beta são, essencialmente, elétrons de alta energia cinética.

Quando um átomo emite uma partícula beta, ele se transforma em outro átomo. As partículas beta são emitidas quando um nêutron do átomo se transforma em um próton.

Nessa transformação, uma partícula beta é emitida.

Também ocorre a emissão de um "antineutrino" e calor.

Raios Gama

Raios gama são fótons de alta energia emitidos pelo núcleo de alguns átomos. Raios gama são idênticos aos raios-x usados pelos dentistas e médicos. A diferença está no fato de que os raios gama vêm do centro do átomo, e os raios-x não.

Geralmente os raios gama têm muito mais energia que os raios-x.

Emissão Nêutron
A emissão nêutron é associada com a fissão nuclear. A fissão envolve a divisão de átomos com muitos prótons e nêutrons (como o urânio 235) em átomos menores. O processo de fissão libera energia e dois ou três nêutrons.

LEIS DA RADIOATIVIDADE

1ª Lei (ou Lei de Soddy): A EMISSÃO DE PARTÍCULAS a

O átomo de um elemento radioativo, ao emitir uma partícula alfa, dá origem a um novo elemento que apresenta número de massa A com 4 unidades a menos e número atômico Z com 2 unidades a menos. Genericamente, temos: 

Exemplo: - Quando um átomo de ₉₄Pu²³⁹ emite uma partícula a, ele se transforma em ₉₂U²³⁵ .

2ª Lei (Lei de Soddy-Fajans-Russel): A emissão de Partículas b

Nessa emissão, um nêutron se decompõe, originando um próton que permanece no núcleo, um elétron e uma subpartícula denominada antineutrino. Todos eles são emitidos.

Quando um átomo de um elemento radioativo X emite uma partícula b (um elétron), dá origem a um novo elemento Y com o mesmo número de massa (A) e com o número atômico (Z) uma unidade maior.

Genericamente, temos:

Exemplos:

TRANSMUTAÇÕES

Quando um elemento químico emite espontaneamente uma radiação e se transforma em outro elemento, dizemos que aconteceu uma transmutação natural. Quando as transmutações são obtidas por bombardeamento de núcleos estáveis com partículas a, prótons, nêutrons etc., são chamadas transmutações artificiais.

A primeira foi emitida por Rutherford: Bombardeou o nitrogênio com partículas alfa e obteve o oxigênio artificial:

Quantidade de material radioativo a qualquer tempo

Já sabemos que a radioatividade é um fenômeno que ocorre em núcleos de átomos instáveis por emitirem partículas e radiações. A medida de tempo na qual metade da quantidade do material radioativo se desintegra é denominada meia-vida ou período de semidesintegração (P). A cada período de tempo P a quantidade de material radioativo cai à metade da anterior, sendo possível relacionar a quantidade de material radioativo a qualquer tempo com a quantidade inicial por meio de uma função exponencial:

Em que N₀ é a quantidade inicial do material radioativo, t é o tempo decorrido e P é o valor da meia-vida do material radioativo considerado.