Radioatividade: o que é, conceitos, aplicações e resumo

A radioatividade é um fenômeno fundamental na Física nuclear, com grande influência em processos naturais e ampla aplicabilidade em diversas áreas, como Ciência, Tecnologia, Medicina e até mesmo para a geração de energia.

Tamanha a sua relevância para a humanidade, o tema aparece com frequência nas questões dos vestibulares. Já no Enem, é mais raro de encontrar, apesar de já ter aparecido em algumas edições.

Assim, para ajudar na sua preparação para os processos seletivos, neste post, vamos explorar o que é a radioatividade, seus conceitos fundamentais, sua jornada ao longo do tempo e aplicações práticas. Vamos nessa?

O que é a radioatividade?

Na tabela periódica, há certos elementos químicos que foram denominados radioativos. Esses elementos possuem a capacidade de liberar energia na forma de partículas subatômicas ou radiações eletromagnéticas, de maneira espontânea ou não, para atingirem uma configuração mais estável.

A liberação de radiação pode ocorrer de várias formas, como a emissão de partículas alfa, beta e radiação gama.

O controle desse processo ocorre por meio de leis específicas que regulam a constância da taxa de decaimento e a probabilidade de desintegração de cada átomo radioativo.

E, ao contrário dos efeitos maléficos que a maioria das pessoas imagina, a radioatividade possui um papel significativo em diversas áreas, como na radioterapia e em radiofármacos utilizados em avaliações médicas neurológicas e cardiológicas.

Além disso, a radioatividade também é responsável pela produção de energia em usinas nucleares. Assim, entendê-la não é apenas essencial para a Ciência, mas também para pessoas compreenderem sua presença no cotidiano.

O que gera a radioatividade?

A radioatividade é gerada por meio dos átomos radioativos. Esse átomos são instáveis, e sua instabilidade se origina de um desequilíbrio em sua composição de prótons e nêutrons no núcleo.

Para alcançar uma maior estabilidade, os núcleos desses átomos emitem partículas subatômicas ou radiação eletromagnética. 

Durante esse processo de emissão, os átomos radioativos passam por transformações nucleares para alcançar uma forma mais estável. Essas emissões podem incluir partículas alfa, beta e radiação gama.

👉 Leia também: Forças intermoleculares: o que são e o que causam?

Breve história da descoberta da radioatividade

Em 1861, o químico e físico William Crookes, ao estudar os espectros de minerais, uma frequência natural de radiação, detectou uma linha verde nunca vista anteriormente.

Algum tempo depois, ele descobriu a existência de um elemento químico, batizando-o de Tálio. Em 1875, realizando experimentos com descargas elétricas com pressões muito baixas em gases, Crookes descobriu também os raios catódicos.

Os raios catódicos são produzidos em ambientes de vácuo e consistem em um feixe de elétrons estreito, movendo-se do cátodo negativo em direção a um ânodo com carga positiva em relação ao cátodo.

Duas décadas depois, em 1895, o físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen modificou as ampolas de Crookes e realizou o primeiro raio-X, colocando a mão de sua esposa entre a ampola e uma chapa fotográfica. Ele constatou que era possível ver os ossos da mão e também a aliança que estava no dedo.

Devido à grande complexidade desses raios e pela dificuldade de desenvolver uma explicação, ele os denominou de raios-X. E, em 1901, recebeu o prêmio Nobel de Física por sua descoberta.

Fosforescência natural e emissões radioativas

No ano de 1896, o físico francês Antoine Henri Becquerel investigou se a fosforescência natural - fenômeno onde alguns materiais emitem luz visível após exposição à luz ou outras formas de energia - possuía associação com os raios-x.

Ele constatou que uma substância poderia emitir radiação espontaneamente, sem absorver os raios solares, por exemplo. Em sua experiência, utilizou sal de urânio, que ao ser colocado em frascos próximos de uma placa fotográfica e na ausência de luz, escurecia as chapas fotográficas.

As emissões sobre as placas foram chamadas de “raios de Becquerel” mas, posteriormente, receberam o nome de “emissões radioativas”.

Já em 1897, a física e química polonesa Marie Curie decidiu estudar os raios de Becquerel. Suas investigações confirmaram que todos os sais produziam o mesmo resultado, pois derivavam do mesmo elemento, o urânio.

A partir disso, ela e seu marido, Pierre Curie, trabalharam isolando urânio do minério pechblenda (U₃O₈). Juntos descobriram dois novos elementos com emissões radioativas superiores ao urânio, e os nomearam como polônio e rádio.

Por fim, o físico e químico neozelandês Ernest Rutherford, em 1898, testou radiações que vinham de um material radioativo sob uma tela fluorescente. Assim, descobriu as radiações alfa e beta.

Devido à partícula alfa ser atraída pela placa negativa e sofrer um desvio, Rutherford constatou que esse tipo de radiação deveria ter carga positiva. Já a partícula beta, atraída pela placa positiva e desviada em sua direção, teria carga negativa. Assim, iniciou-se uma vertente de pesquisa sobre os tipos de radioatividade.

👉 Leia também: Ligações químicas: tipos, conceito e definição

Tipos de radioatividade e partículas radioativas

Os tipos de radioatividade podem ser classificados em radiações ionizantes e radiações não ionizantes.

• Radiações não ionizantes: não possuem energia suficiente para ionizar um átomo, ou seja, para arrancar elétrons. Não representam grandes riscos à saúde humana e compreendem a faixa das ondas de rádio até o ultravioleta;
• Radiações ionizantes: possuem energia suficiente para arrancar elétrons de um átomo ou molécula, tornando-o eletricamente carregado, ou seja, tornando-o um íon. Essas radiações são nocivas para a saúde humana e compreendem as faixas de ondas acima do ultravioleta.

Como exemplos de radiações ionizantes, temos as partículas alfa, beta e radiação gama.

Partículas Alfa (𝞪)

As partículas alfa se formam a partir de duas partículas subatômicas positivas (prótons) e duas neutras (nêutrons). Possuem massa e carga maior que a partícula Beta, mas sua velocidade média é de 20.000 km/s.

Essas partículas não costumam ultrapassar a camada externa de células mortas acima da pele.

Partículas Beta (𝞫)

Correspondem ao elétron emitido pelo núcleo de um átomo instável.

Possuem uma velocidade média de 270.000 km/s, e podem causar danos à superfície da pele, mas não aos órgãos.

Radiação Gama (𝜸)

Depois de emitir uma partícula alfa ou beta, o núcleo instável de um átomo produz ondas eletromagnéticas que constituem a radiação gama e possuem um alto valor de energia.

Sua velocidade é cerca de 300.000 km/s, e tem grande poder de penetração em diversos materiais, inclusive no corpo humano.

Leis da Radioatividade (Decaimentos radioativos)

O químico inglês Frederick Soddy propôs as leis da radioatividade com o intuito de explicar a emissão de radiação dos núcleos de átomos instáveis.

Como o átomo está sempre em busca da sua forma mais estável, tem-se o decaimento radioativo. O decaimento radioativo é uma forma de estabilizar o núcleo do átomo instável, tendo como consequência a formação de um novo núcleo atômico.

Existem dois tipos de decaimentos radioativos.

O decaimento alfa, que compreende a primeira lei da radioatividade, ocorre quando o núcleo do átomo emite uma partícula alfa, transformando-se em outro núcleo.

Como a partícula alfa é formada por 2 prótons e 2 nêutrons, sua massa total é igual a 4. O decaimento alfa possui a carga dos 2 prótons, sendo igual a + 2.

\( _{z}\textrm{X}^{A} \rightarrow \ _{2}\alpha ^{4} + \ _{z-2}\textrm{Y}^{A-4} \)

Exemplo:

\( _{92}\textrm{U}^{238} \rightarrow \ _{2}\alpha ^{4} + \ _{90}\textrm{Th}^{234} \)

E o decaimento beta, que explica a segunda lei da radioatividade, ocorre quando o núcleo do átomo emite uma partícula beta, transformando-se em outro núcleo.

As partículas beta podem ser definidas como elétrons emitidos pelo núcleo do átomo em alta velocidade. Sendo assim, a partícula beta é -1 e sua massa nula, pois os elétrons são gerados a partir de um nêutron, que também gera um próton e um neutrino.

\( _{z}\textrm{X}^{A} \rightarrow \ _{-1}\beta ^{0} + \ _{z+1}\textrm{Y}^{A-0} \)

Exemplo:

\( _{6}\textrm{C}^{14} \rightarrow \ _{-1}\beta ^{0} + \ _{7}\textrm{N}^{14} \)

Tempo de meia-vida

O tempo de meia-vida é o período necessário para que metade dos átomos de uma substância radioativa se desintegre. O intervalo é constante para cada isótopo e é independente da quantidade inicial da substância.

Durante o intervalo de tempo de meia-vida, ocorre uma redução pela metade na quantidade dos átomos radioativos originais. Isso ocorre porque, à medida que os átomos se desintegram, a substância radioativa perde sua atividade.

O tempo de meia-vida possui diversas aplicações, como na datação de materiais arqueológicos, geológicos e em procedimentos médicos que envolvem radioisótopos. Essa medida é crucial para compreender a estabilidade dos elementos radioativos.

Elementos radioativos

Existem dois grupos de elementos radioativos: os naturais e os artificiais.

Os elementos radioativos naturais compreendem aqueles nos quais todos os isótopos são radioativos e ocorrem naturalmente, distribuídos de maneira dispersa nos diversos ambientes terrestres. Os elementos que, geralmente, estão associados a essas fontes naturais da Terra são o urânio e o tório.

O corpo humano possui radioatividade essencial, com tecidos e ossos contendo elementos radioativos como o potássio-40 e o carbono-14. Essa presença natural de radioatividade é parte integrante de nossa composição biológica, sem a necessidade de intervenção externa.

Uma porção da radiação que recebemos provém dos alimentos ingeridos diariamente, como o radônio-226 e o potássio-40. Esses elementos se encontram em concentrações extremamente reduzidas, não representando riscos significativos para a nossa saúde, nem prejudicando os valores nutricionais dos alimentos.

Já os elementos radioativos artificiais são criados por meio de processos que desequilibram o núcleo de um átomo. Alguns exemplos incluem o astato e o frâncio.

Os elementos radioativos artificiais desempenham um papel significativo em usinas nucleares e tratamentos de câncer. Dentre os principais, destacam-se o urânio-235, cobalto-60, estrôncio-90, rádio-224 e iodo-131, frequentemente encontrados em nosso dia a dia devido à ampla aplicação.

👉 Leia também: Química no Enem 2024: veja os temas que mais aparecem na prova

Aplicações da radioatividade no dia a dia

Algumas aplicações de elementos radioativos no dia a dia são:

• em reatores nucleares, em que há a presença do urânio-235;
• na realização de exames de imagens do cérebro, pulmões e fígado, com o uso do tecnécio-99;
• no processo de esterilização das frutas para a desinfecção de fungos e bactérias, em que usa-se a irradiação de raios gama de isótopos como o cobalto-60;
• o tratamento pós-cirúrgico de carcinoma da tireóide, onde há o uso de iodo-131;
• radioisótopos utilizados para a esterilização de materiais médicos e odontológicos.

Resumo: radioatividade

Gostou das informações que aprendeu? Então aqui está um resumo para memorizar as informações mais importantes sobre o tema:

• A radioatividade é um fenômeno natural de emissão de partículas ou radiação por átomos instáveis;
• Os principais tipos são alfa, beta e gama;
• O decaimento alfa compreende a primeira lei da radioatividade e ocorre quando o núcleo do átomo emite uma partícula alfa, transformando-se em outro núcleo;
• O decaimento beta (ou segunda lei da radioatividade) ocorre quando o núcleo do átomo emite uma partícula beta, transformando-se em outro núcleo;
• Entre as diversas aplicações da radioatividade, estão a medicina nuclear, a datação, a geração de energia e o uso industrial.

Como a radioatividade cai no Enem e vestibulares

A abordagem da radioatividade em vestibulares pode variar, mas geralmente os exames testam o entendimento dos candidatos sobre conceitos fundamentais, tipos de emissão, reações nucleares, tempo de meia-vida e elementos radioativos.

Já o Enem costuma trazer os tópicos da datação do carbono 14, reações nucleares e o tempo de meia-vida. Vamos conhecer alguns exemplos de perguntas?

Exemplo de questão de radioatividade no vestibular

(Ufrgs 2018) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Quando um núcleo de urânio ²³⁸U₉₂ absorve um nêutron, forma-se o núcleo ²³⁹U₉₂, que é radioativo com meia-vida de 24 minutos.

Núcleos de urânio ²³⁹U₉₂ emitem radiação __________, transformando-se em núcleos de netúnio ²³⁹Np₉₃. Esse isótopo de netúnio também é radioativo com meia-vida de 2,3 dias.

Ao emitirem radiação __________, os núcleos de netúnio ²³⁹Np₉₃ transformam-se em núcleos de plutônio ²³⁹Pu₉₄, cuja meia-vida é cerca de 24.000 anos.

a) α-β

b) α-γ

c) β-α

d) β-β

e) β-γ

Resposta: [D]
Nos casos apresentados, temos apenas aumento do número atômico, sem alteração da massa atômica. Logo, trata-se de emissão da radiação beta.

Exemplo de questão de radioatividade no Enem

(Enem PPL 2022) As usinas nucleares utilizam o princípio da fissão nuclear para gerar energia elétrica. Dentro do reator, nêutrons colidem com átomos de urânio, que se dividem em dois novos átomos, liberando de dois a três nêutrons do núcleo, em uma reação em cadeia. Esse processo libera muito calor, que é utilizado para gerar energia. Porém, é necessário um sistema de arrefecimento para evitar uma explosão. Para isso, a água captada de fontes naturais circula em um sistema fechado e depois volta para o meio ambiente.

Caso esse sistema não ocorra de maneira adequada, será gerado um impacto negativo porque

a) produzirá gases tóxicos.

b) diminuirá a reserva hídrica local.

c) aquecerá os ecossistemas aquáticos.

d) aumentará a disponibilidade de nutrientes.

e) permitirá a contaminação por microorganismos.

Resposta: [C]
Se a água empregada para o resfriamento estiver acima da temperatura apropriada, resultará no aquecimento dos ecossistemas aquáticos. Como consequência, a solubilidade dos gases dissolvidos na água diminuirá, desencadeando uma série de desequilíbrios físico-químicos e ocasionando alterações significativas no habitat natural.

🥇 Quer se preparar para o Enem e vestibulares com quem mais entende do assunto? A plataforma Aprova Total é a maior especialista no ensino digital e tem as melhores videoaulas e professores!