Química Nuclear

Por Luiz Ricardo dos Santos
A descoberta da radiação iniciou-se com o cientista Henri Becquerel em 1896, quando ele guardou placas fotográficas em sua gaveta que continha amostras de óxido de urânio. Surpreso ao ver que elas tinham sido impressas, Becquerel, suspeitou que algum tipo de energia havia causado esse efeito. Ao relatar esse fato à sua aluna Marie Sklodowska Curie, prontamente ela iniciou uma pesquisa e provou que o que havia ocorrido era um fenômeno ao qual ela chamou pela primeira vez de radioatividade. A jovem estudante que preparava seu doutorado descreveu esse fato, em sua tese afirmando que o urânio era portador de radiação, percorrendo assim um longo caminho na pesquisa da radioatividade ao lado de seu marido Pierre Curie. Vindo mais tarde a descobrir dois elementos radioativos Rádio e o Polônio.

Os 3 principais tipos de radiação são:

  • Radiação α (alfa): núcleos de hélio.
  • Radiação β (beta): elétrons com alta energia cinética.
  • Radiação γ (gama): radiação eletromagnética de alta energia.

A química nuclear é extremamente importante ao passo que ela fornece meios seguros de manipular e explorar a radioatividade. A energia nuclear cresce a cada dia no mundo, e a grande prova disso é grande quantidade de nações que dependem deste tipo de energia.

O combustível nuclear mais utilizado é o urânio que é extraído da pechblenda, seu minério mais importante. Neste minério ele se encontra na forma de óxido de urânio UO2, que é extraído da natureza, purificado e enriquecido para sua utilização nos reatores.

O enriquecimento de urânio é um processo muito importante e ao mesmo tempo perigoso por uma pequena quantidade de urânio radioativo é capaz de liberar uma grande quantidade de energia, um exemplo comum é a diferença energética liberada pela queima de 1g de metano que libera cerca de cerca de 52kJ de energia enquanto 1 grama de urânio libera 8x107kJ.

Enriquecer o urânio nada mais é do que a obtenção do isótopo 235U através da conversão do urânio em urânio gasoso em seguida em fluoreto e depois separar o isótopo desejado, que naturalmente representa cerca de 0,7% de todo urânio físsil presente na natureza, visto que a maioria apresenta-se na forma 237U, o qual demanda alto gasto de energia para ser fissionado. O enriquecimento é passível em virtude do urânio-235, ser mais físsil e gastar menos energia no choque dos nêutrons com o núcleo.

Fissão e Fusão Nuclear

A fissão nuclear é simplesmente a quebra do núcleo de átomos pesados e em duas partes ou mais através do bombardeamento com nêutrons, liberando grande quantidade de energia na forma de calor que em seguida é transformada em energia elétrica. O processo de fissão nuclear foi descoberto no ano de 1938 pelos cientistas Lisa Meintner, Otto Hahn e Fritz Strassman, quando eles perceberam que era possível a liberação de uma grande quantidade energia quando um átomo era bombardeado por nêutrons.

A fusão nuclear é o processo inverso ao da fissão, onde o átomo ao invés de ser desintegrado pelo bombardeamento com nêutrons para liberação, ocorre na verdade a utilização da energia liberada no processo de ligação química dos átomos para formação de átomos pesados, porém a repulsão elétrica entre os prótons é bastante acentuada. O que demanda um fornecimento de energia calorosa de cerca de 108K, para que ocorra a ligação química e posterior liberação da energia absorvida durante o processo.

Energia nuclear e a Química

A química está intimamente ligada à energia nuclear, em função dos sérios problemas que podem ser causados durante o uso dessa energia. A geração de energia nuclear não gera poluição química como as demais fontes energéticas, porém, o grande problema da energia nuclear é geração de resíduos radioativos que perduram por muitos anos, contaminando a terra e água, em virtude da formação de sais e óxidos que os metais radioativos formam, estes compostos são diluídos na água sendo levados para locais onde prejudicam a agricultura e outros recursos usados na subsistência humana.

A química vem como uma opção de mudar o quadro negativo causado pela geração de energia nuclear ao passo que os resíduos radioativos podem ser reaproveitados para outras finalidades mais nobres do que o destino que teriam em aterros ou no fundo dos oceanos. A química é uma ferramenta poderosa no reaproveitamento desses resíduos por que seu reprocessamento é uma tarefa extremamente complexa envolvendo muitos aspectos tanto éticos como ambientais.

Efeitos da radiação ionizante

Os efeitos da radiação nuclear são muito negativos principalmente no tocante ao aspecto biológico, visto que o processo que ocorre dentro de um reator nuclear desencadeado pelo choque dos nêutrons se reproduz sobre as biomoléculas responsáveis pela vida. Sabe-se que tudo o que existe é química ou mais precisamente é formado por compostos químicos representados por moléculas que são formadas por átomos, e os átomos sofrem as consequências da fissão nuclear.

Ao passo que a radiação ionizante quebra moléculas, arrancam átomos delas causando sua ionização, visto que um átomo sozinho é um íon esses íons se ligam a qualquer outro tipo de molécula ou átomo para compartilhar seus elétrons. Existem inúmeros compostos tóxicos tais como os radicais livres que acabam por ligar-se a uma dessas moléculas com valência livre e causar doenças diversas, principalmente o câncer, que é uma das doenças mais graves causadas pela radiação.

Tipos de radiação nuclear

Tipo Grau de penetração. Carga
α não-penetrante porém danosa. +2
β Moderadamente penetrante. -1
γ Muito penetrante e acompanhada de outros tipos de radiação. -1
β+ Moderadamente penetrante +1
p Baixa penetração +1
n Muito penetrante 0

Outro aspecto importante das leis da radiatividade é transmutação de elementos. Um sonho dos alquimistas, que nunca se realizou simplesmente pelo fato da ineficácia de suas técnicas. Porém Rutherford em 1919 foi o primeiro cientista a transformar um elemento em outro quando ele bombardeou o núcleo do nitrogênio com mais um próton, transformando-0 em oxigênio, segundo a reação nuclear:

Vale lembrar que um processo semelhante ocorre nas estrelas produzindo oxigênio a partir dos isótopos de carbono.

Bibliografia:
Jones, Loretta; Atkins, Peter Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 3 ª Ed-Porto Alegre:Bookman, 2006.

http://www.chem.duke.edu/~jds/cruise_chem/nuclear/nuclear.html
http://www.chemcases.com/nuclear/index.htm