Introdução à Radioatividade

1. Uma Descoberta Acidental

Esse é para ser um assunto tranquilo: a teoria é interessante, os cálculos não complicam muito, as regras são muito bem definidas.

E a história de como ele começou é uma das melhores da ciência. Ela envolve curiosidade, um pouco de sorte e chapas fotográficas manchadas.

Em 1896, um cientista francês chamado Henri Becquerel estava estudando um fenômeno chamado fosforescência – a capacidade que alguns materiais têm de brilhar no escuro depois de expostos à luz.

Ele achava que os recém-descobertos Raios X poderiam estar relacionados a isso.

Para testar sua ideia, ele pegou um sal de urânio (que era fosforescente), o colocou sobre uma chapa fotográfica enrolada em papel preto e deixou tudo no sol.

A ideia era: o sol excita o sal, o sal emite raios que atravessam o papel e mancham a chapa. E funcionou!

Mas aí veio a genialidade (e a sorte).

Em um dia nublado em Paris, sem sol para fazer o experimento, Becquerel guardou tudo numa gaveta escura: o sal de urânio e a chapa fotográfica virgem, ambos bem guardados.

Dias depois, por puro desencargo de consciência, ele decidiu revelar aquela chapa que nunca tinha visto a luz do dia.

E para sua surpresa... ela estava completamente manchada!

A única explicação era que o sal de urânio estava emitindo algum tipo de raio invisível e penetrante o tempo todo, sem precisar de nenhuma luz ou estímulo externo.

Ele havia descoberto a radioatividade.

2. Os Pioneiros

A descoberta de Becquerel abriu uma porta para um mundo novo e invisível.

E alguns cientistas mergulharam de cabeça para desvendar esses mistérios.

Marie e Pierre Curie

Este casal genial ouviu sobre os "raios de Becquerel" e ficou fascinado.

Eles começaram a testar vários minérios e perceberam que a intensidade da radiação era proporcional à quantidade de urânio presente.

Foi Marie Curie quem deu o nome ao fenômeno: radioatividade.

Em sua busca incansável, eles processaram toneladas de minério e descobriram dois novos elementos químicos muito mais radioativos que o urânio: o Polônio (em homenagem à terra natal de Marie, a Polônia) e o Rádio.

O legado de Marie Curie é imenso.

Ela foi a primeira mulher a ganhar um Prêmio Nobel e a única pessoa a ganhá-lo em duas áreas científicas diferentes (Física e Química).

Ernest Rutherford e James Chadwick

Rutherford, um físico neozelandês, usou a radioatividade como uma ferramenta.

Ele bombardeou uma fina folha de ouro com partículas radioativas e, ao analisar como elas se desviavam, desvendou a estrutura do átomo, propondo a ideia de um núcleo denso e positivo.

Anos mais tarde, seu colega, James Chadwick, usando um experimento similar, provou a existência dos nêutrons no núcleo.

3. Mas o que é Radioatividade então?

Depois de toda essa história, podemos definir de forma simples:

Radioatividade é o fenômeno pelo qual núcleos de átomos instáveis emitem partículas ou energia para se tornarem mais estáveis.

A palavra-chave aqui é NÚCLEO.

Diferente das reações químicas comuns que envolvem a eletrosfera, as reações radioativas são reações nucleares.

É o centro do átomo que está se transformando ao invés de apenas trocas de elétrons.

Por que os Núcleos ficam instáveis?

Pense no núcleo de um átomo. Ele é um lugar extremamente pequeno e lotado de prótons (positivos) e nêutrons (neutros).

Agora, lembre-se da física básica: cargas iguais se repelem.

Então, como é possível ter um monte de prótons espremidos juntos sem que o núcleo exploda por repulsão?

É aí que entram os nêutrons. Eles funcionam como "pacificadores" ou como uma "cola nuclear".

Eles se posicionam entre os prótons, diminuindo a repulsão elétrica e ajudando a manter o núcleo coeso.

A instabilidade surge quando essa relação entre prótons e nêutrons está desequilibrada:

Muitos prótons

Em átomos muito grandes (geralmente com número atômico acima de 82), mesmo com muitos nêutrons, a força de repulsão entre tantos prótons é tão grande que o núcleo se torna instável.

Proporção n/p errada

Mesmo em átomos menores, uma quantidade errada de nêutrons (muitos ou poucos em relação aos prótons) pode deixar o núcleo instável.

E o que um núcleo instável faz para aliviar essa tensão?

Ele joga para fora o excesso de energia ou de partículas. Ele decai. E é esse "lixo" nuclear que chamamos de radiação.

4. Três tipos de Emissões Radioativas

Para descobrir o que exatamente saía desses núcleos instáveis, Rutherford fez um experimento genial e simples.

Ele colocou uma amostra radioativa dentro de um bloco de chumbo com um pequeno furo, de modo que a radiação saísse como um feixe fino.

Esse feixe passava por um campo elétrico (criado por duas placas, uma positiva e outra negativa) antes de atingir um detector.

Ele observou que o feixe se dividia em três:

Partícula Alfa (α)

Um dos feixes desviava em direção à placa negativa. Ora, se foi atraído pelo negativo, é porque ele é positivo.

O desvio era pequeno, indicando que era uma partícula pesada.

Quem é ela?

Hoje sabemos que a partícula alfa é, na verdade, um núcleo de Hélio, com 2 prótons e 2 nêutrons.

A gente representa assim: $^{4}_{2}α$ ou $^{4}_{2}He$.

Características

Por ser pesada e ter carga +2, ela é lenta e interage muito com a matéria, perdendo energia rapidamente.

Seu poder de penetração é baixíssimo – uma simples folha de papel ou a camada de células mortas da nossa pele já são suficientes para barrá-la.

Partícula Beta (β)

Outro feixe desviava fortemente em direção à placa positiva. Se foi atraído pelo positivo, é porque ele é negativo.

O grande desvio indicava que era uma partícula muito leve.

Quem é ela?

A partícula beta é um elétron $^{0}_{-1}β$ ou $^{0}_{-1}e$.

Mas espere aí... um elétron saindo do núcleo?

Exatamente! Dentro de um núcleo instável, um nêutron pode se transformar em um próton (que fica no núcleo) e um elétron (que é ejetado em altíssima velocidade).

É essa a origem da partícula beta: $n \rightarrow p + β$.

Características

Por ser muito mais leve, ela é mais rápida e penetrante que a alfa.

É barrada por uma placa fina de metal, como uma folha de alumínio.

Radiação Gama (γ)

O terceiro feixe passava direto pelo campo elétrico, sem sofrer nenhum desvio. Isso significa que ele não tem carga elétrica.

Quem é ela?

A radiação gama não é uma partícula.

É pura energia, uma onda eletromagnética de altíssima frequência, como um Raio X superpotente.

A gente representa assim: $^{0}_{0}γ$.

Ela geralmente é emitida junto com uma partícula alfa ou beta, como uma forma de o núcleo liberar o excesso de energia que sobrou após o decaimento.

Características

Sem massa e sem carga, ela viaja na velocidade da luz e interage pouco com a matéria, o que lhe confere um poder de penetração altíssimo.

Para barrar a radiação gama, são necessárias paredes grossas de chumbo ou concreto.

No próximo capítulo, vamos ver as leis que governam essas emissões e como elas transformam um elemento químico em outro.