Química nuclear

Graduação em Química (Faculdades Anhanguera, 2016)

Os elementos químicos possuem diversas propriedades que os tornam elementos únicos. Dentre os diversos elementos que conhecemos, alguns possuem uma propriedade específica conhecida como radioatividade. A radioatividade consiste na emissão de partículas por parte do núcleo dos átomos de elementos com características radioativas. Essa emissão ocorre quando um isótopo de determinado elemento emite radiação transformando-se em um outro isótopo deste mesmo elemento, e esse fenômeno é chamado desintegração.

Ilustração: Halfdan / via Wikimedia Commons / CC-BY-SA 3.0

Breve histórico

Em 1896, Henri Becquerel (1852 – 1908) notou emissões de raios por um sal de urânio, sendo pioneiro na era da química nuclear. Em 1898, Marie Curie, aprimorou a pesquisa de Becquerel, informando que as emissões apontadas por ele independiam de temperatura, pressão, composição do sal de urânio e outras propriedades para ocorrer, além de descobrir que a intensidade de radiação emitida permanecia, independentemente da quantidade de sal de urânio na amostra. Com essas descobertas, intensificaram-se pesquisas relacionadas ao assunto, e Rutherford e Thompson puderam reconhecer que as emissões radioativas eram de pelo menos dois tipos, raios alfa (α), raios beta (β) e mais tarde, Villard descobriu os raios gama (γ).

As reações nucleares ocorrem a partir da mudança do número atômico e de massa dos isótopos de elementos radioativos. Nessas reações, o número de núcleons (prótons e nêutrons) se mantém, diferentemente do que ocorre nas demais reações químicas, onde átomos e moléculas são rearranjados.

Leis de decaimento radioativo (Soddy e Fajans)

Nas reações nucleares onde há emissão de partículas alfa, as emissões são um decréscimo de 4 no número de massa e 2 no número atômico. Nas reações onde há emissão de partículas beta, esse decréscimo é de 1 no número atômico e não há alteração na massa. As radiações gama não alteram o número atômico e nem a massa dos elementos. Os decaimentos alfa são observados somente em elementos mais pesados, como por exemplo o Telúrio; já os decaimentos beta e gama ocorrem com os demais elementos radioativos. Além das emissões dos raios alfa, beta e gama, há também emissões de outras partículas, como os pósitrons, neutrinos e nêutrons.

Fusão nuclear

A fusão nuclear ocorre quando dois átomos leves se combinam formando um núcleo mais pesado, transformando massa em energia em forma de radiação. A quantidade de energia liberada é altíssima, pois, conforme a fórmula e = mc^2, de Albert Einstein, energia é igual a massa multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado. A fusão nuclear ocorre dentro de grandes estrelas como o Sol.

Fissão nuclear

Já a fissão nuclear ocorre quando um átomo é bombardeado por um nêutron, levando à emissão de radiação e liberação de partículas radioativas, formando isótopos de outros elementos químicos. Por exemplo, quando o átomo de urânio-235 é bombardeado por um nêutron, ele emite radiação e forma o bário-142 e o criptônio-91, além de dois ou três nêutrons e energia (radiação).

Usinas nucleares

Nas usinas nucleares o processo radioativo utilizado é o de fissão nuclear, com a utilização do urânio-235 como combustível nuclear. A energia liberada pela fissão do urânio-235 é equivalente a 200 milhões de elétron-volts (eV). A energia liberada no processo é utilizada para aquecer água, que vaporiza e movimenta uma turbina através da pressão de vapor, convertendo essa energia mecânica em energia elétrica. Atualmente existem cerca de 440 reatores nucleares no mundo, sendo que no Brasil temos apenas 2 deles, na Usina Nuclear de Angra dos Reis, no Rio de Janeiro.

Referências:

http://www.profpc.com.br/Qu%C3%ADmica%20Nuclear%20x%20F%C3%ADsica%20Nuclear/F%C3%ADsica%20Nuclear/Qu%C3%ADmica%20Nuclear%20x%20Radioatividade.pdf

MAIA, D.J., BIANCHI, J. C. A. Química Geral: Fundamentos. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2006.

http://www.if.ufrgs.br/~marcia/FN_aula2.pdf

http://sites.unicentro.br/wp/petfisica/files/2011/08/Usinas_Nucleares_Lucas.pdf

Arquivado em: Química