Radioatividade

A radioatividade foi descoberta no final do século XIX e refere-se à capacidade de certos elementos químicos emitirem energia sob a forma de partículas ou radiação. Nesse contexto, é importante ressaltar que a radiação está associada à emissão e propagação de energia através do espaço ou de um meio material, além de assumir várias formas, como ondas eletromagnéticas (luz, raios X e micro-ondas) ou partículas subatômicas (como elétrons, prótons e nêutrons). 

Portanto, essa descoberta foi um marco na história da ciência, feita por cientistas como Henri Becquerel e Marie Curie, e revolucionou nossa compreensão da matéria e do mundo ao nosso redor. Desde então, a radioatividade tem sido utilizada em diversas áreas, como medicina, energia e datação de materiais, proporcionando benefícios significativos, mas também exigindo precauções devido aos riscos associados à exposição à radiação.

Leia também: Afinal, o que é radiação?

Resumo sobre radioatividade

• A radioatividade é um fenômeno natural em que átomos instáveis emitem partículas ou radiação para se tornarem mais estáveis.
• Existem três tipos principais de radiação: alfa, beta e gama.
• A radiação alfa consiste em núcleos de hélio; a beta, em elétrons ou pósitrons; e a gama, em radiação eletromagnética.
• A radioatividade natural inclui elementos como urânio, tório e potássio-40, presentes na natureza.
• As leis da radioatividade incluem a lei do decaimento radioativo e a lei da meia-vida.
• As aplicações da radioatividade incluem medicina nuclear, geração de energia, datação de materiais e controle de qualidade industrial.
• Foi descoberta por Henri Becquerel, Marie Curie e Pierre Curie no final do século XIX.
• O decaimento radioativo segue uma lei exponencial, onde a quantidade de material radioativo diminui ao longo do tempo.
• É usada em datação por carbono-14, a qual permite datar materiais orgânicos.
• A gestão adequada do lixo radioativo é crucial para minimizar os riscos à saúde e ao meio ambiente.
• A radiação pode ser usada em tratamentos médicos, como na iodoterapia para doenças da tireoide e na radioterapia para câncer.

O que é radioatividade?

A radioatividade é um fenômeno natural no qual certos átomos instáveis, conhecidos como elementos radioativos, emitem radiação ionizante espontaneamente. Isso ocorre quando os núcleos dos átomos radioativos sofrem desintegração nuclear, transformando-se em núcleos mais estáveis. Esse processo pode ocorrer de forma espontânea, sem influência externa, e é acompanhado pela liberação de energia em que são liberadas partículas (como alfa, beta) e/ou radiação eletromagnética (como raios gama), conforme ilustrado abaixo:

Quais são os tipos de radioatividade?

Existem três tipos principais de radiação radioativa: alfa (α), beta (β) e gama (γ). Nesse sentido, a radiação alfa consiste em núcleos de hélio, compostos por dois prótons e dois nêutrons, enquanto a radiação beta pode ser de elétrons (β^-) ou pósitrons (β⁺), que são emitidos pelo núcleo atômico. Por sua vez a radiação gama é uma forma de energia eletromagnética sem carga elétrica ou massa.

Além dessas três, podemos destacar também a radiação de nêutrons (n), que consiste basicamente em nêutrons livres emitidos por alguns tipos de reações nucleares, isto é, são partículas sem carga elétrica as quais podem interagir com os núcleos dos átomos, causando reações nucleares adicionais.

Diante disso, vale ressaltar que cada uma delas possui um poder de penetração em determinados materiais, e saber disso ajuda na prevenção de exposição acidental a certos tipos de radiação. Sendo assim, veja abaixo a penetrabilidade de cada uma delas:

Radioatividade natural

A radioatividade natural refere-se, especificamente, à presença de elementos radioativos na natureza e aos processos naturais de decaimento radioativo que ocorrem neles. Sendo assim, é importante salientar que muitos elementos químicos têm isótopos radioativos, e alguns dos mais comuns são o urânio, o tório, o potássio-40 e o carbono-14, os quais são comumente encontrados em rochas, solo, água e até mesmo nos seres vivos. Por exemplo, o potássio-40 é um isótopo radioativo naturalmente presente em alimentos como bananas e faz parte da composição do corpo humano.

Além disso, esse tipo de radioatividade desempenha um papel importante na geocronologia, que é o estudo da idade da Terra e dos eventos que a moldaram. Isso ocorre porque alguns isótopos radioativos têm meias-vidas conhecidas e podem ser usados para datar rochas e minerais, como é o caso do urânio-238, que se decompõe em chumbo-206 com uma meia-vida de aproximadamente 4,5 bilhões de anos, o que torna esse sistema útil para datar rochas antigas.

Quais são as leis da radioatividade?

As leis da radioatividade são duas e são conhecidas da seguinte forma: 1ª lei da radioatividade (lei de Soddy) e 2ª lei da radioatividade (lei de Soddy, Fajans e Russell). A seguir, entenda sobre cada uma delas:

• 1ª lei da radioatividade (lei de Soddy): “Quando um átomo emite uma partícula alfa, sua massa reduz 4 unidades enquanto seu número atômico diminui 2 unidades”. Essa lei foi elaborada por Frederick Soddy, que percebeu que na emissão de uma partícula alfa o átomo perdia 2 prótons e 2 nêutrons, dando origem a outro elemento. Isso acontece porque o número de prótons equivale ao número atômico; logo, se esse valor muda, consequentemente o elemento químico também muda. Ou seja, teremos uma nova composição com número atômico (Z) e número de massa (A) diferentes, conforme ilustrado abaixo:

Veja que ao emitir uma partícula α (representada pelo átomo de hélio), o átomo radioativo de urânio-238 se transforma no elemento químico tório (Th), cuja massa atômica e número atômico são, respectivamente, 4 e 2 unidades a menos que o átomo orginal. Matematicamente, temos:

A = 238 – 4 = 234
Z = 92 – 2 = 90

• 2ª lei da radioatividade (lei de Soddy, Fajans e Russell): “Quando um átomo radioativo emite uma partícula beta (β), sua massa permanecesse inalterada, enquanto seu número atômico aumenta uma unidade”.  Nesse caso podemos equacionar essa lei da seguinte forma: 

Note que aqui a massa do novo elemento formado continua a mesma do anterior. Isso acontece porque no núcleo de um elemento radioativo existem nêutrons instáveis que se desintegram em três partículas: próton, elétron e neutrino. O próton permanece no núcleo, compensando a massa do nêutron que se desintegrou. Por outro lado, o elétron e o neutrino são “expulsos” do núcleo, e uma vez que este último não possui carga e tem uma massa ínfima, resta o elétron como partícula significativa no quesito massa e carga.  Por isso representamos uma partícula beta da seguinte forma: β^-1, pois apenas um elétron é emitido. Diante disso, veja o exemplo do decaimento beta do iodo-131:

Perceba que a equação mostra que uma partícula beta foi emitida, em consequência o número atômico do iodo aumentou uma unidade, transformando-o em nitrogênio (N). Portanto, matematicamente, temos:

A = 131+ 0 = 131
Z = 53 + 1 = 54

Note que as duas leis são de fácil compreensão e ambas tratam do decaimento radioativo dos elementos, sendo a primeira no que tange à partícula alfa, enquanto a segunda refere-se à emissão de partículas beta. Para saber mais sobre as leis de radioatividade, clique aqui.

Quais são as aplicações da radioatividade?

A radioatividade tem várias aplicações, que vão desde a medicina para diagnóstico e tratamento de doenças à energia nuclear e controle de qualidade em indústrias. Em face disso, podemos listar algumas áreas que ganham destaque:

• Medicina nuclear: é amplamente utilizada para diagnóstico e tratamento de diversas doenças. Nesse caso, são utilizados radiofármacos que emitem radiação para detectar doenças, como câncer, e para tratamentos, como a terapia com iodo radioativo para doenças da tireoide, conforme pode ser visto na imagem abaixo:

• Geração de energia: a radioatividade é a base da energia nuclear, usada na geração de eletricidade em usinas nucleares. Nesse processo, a energia liberada pelo decaimento radioativo de materiais como o urânio é convertida em eletricidade.
• Datação por radioisótopos: é uma técnica utilizada para determinar a idade de materiais, como rochas e fósseis, com base na quantidade de isótopos radioativos presentes neles, sendo útil em arqueologia, geologia e paleontologia.
• Controle de qualidade industrial: a radiografia industrial é uma técnica que utiliza radiação (raios X) para inspecionar a integridade de estruturas, como soldas em dutos de petróleo, sem a necessidade de desmontagem.
• Estudos de processos químicos: a marcação de compostos químicos com isótopos radioativos permite estudar processos químicos em detalhes, como a absorção de nutrientes em plantas ou a absorção de medicamentos no corpo humano.
• Estudos de estrutura de materiais: a técnica de difração de raios X, que utiliza radiação gama, é usada para estudar a estrutura atômica de materiais, ajudando a entender suas propriedades físicas e químicas.

Elementos radioativos

Já vimos que os elementos radioativos são aqueles que possuem isótopos instáveis e emitem radiação, como é caso do urânio, do tório e do rádio. Contudo, vale lembrar que há uma gama de elementos que também apresentam radioatividade. Por exemplo, no sétimo período da tabela periódica temos os actinídeos, sendo todos radioativos. Logo, pertencem a esse grupo o actínio, o tório, o protactínio, o urânio e todos os elementos subsequentes até o nobélio (elemento 102). Diante disso, no quadro abaixo organizamos de forma simplificada os principais elementos radioativos e suas características:

Para saber mais sobre os elementos radioativos, clique aqui.

Decaimento radioativo

O decaimento radioativo é nome que se dá ao processo de desintegração propriamente dito de um núcleo atômico, isto é, a emissão de radiação por átomo com núcleo instável. Até aqui você já deve ter entendido que se um elemento apresenta radioatividade, então ele é radioativo, ou seja, emite radiação ionizante de forma espontânea, e isso ocorre até que o núcleo atinja um estado estável, conhecido como isótopo filho.

Portanto esse fenômeno segue a lei exponencial do decaimento que descreve a diminuição da quantidade de material radioativo ao longo do tempo, o qual é denominado tempo de meia-vida. Nesse sentido, a meia-vida é o tempo necessário para que metade dos núcleos radioativos em uma amostra se desintegre. Para compreender melhor, veja a ilustração a seguir:

Perceba que no gráfico acima a massa inicial da amostra era de 10 g, contudo a cada meia-vida os valores foram reduzindo pela metade: 10; 5; 2,5 e 1,25, contabilizando um total de quatro meias-vidas. Por fim, vale ressaltar que a meia-vida variar para diferentes elementos e isótopos é uma característica importante para determinar a estabilidade de um material radioativo.

Acesse também: Como é feito o cálculo de meia-vida?

Lixo radioativo

O lixo radioativo é o material que contém elementos radioativos e cuja radioatividade representa um risco para a saúde e o meio ambiente. Nesse caso, caracteriza-se como um resíduo resultante de atividades das usinas nucleares, hospitais e laboratórios de pesquisa, e pode ser classificado em duas categorias principais:

• Lixo radioativo de baixo nível de radioatividade: no que tange ao de baixo nível, geralmente consiste em materiais como luvas, tubos de ensaio e roupas contaminadas, os quais requerem menos precauções durante o manuseio e o descarte. Logo, esse tipo de resíduo pode ser tratado por meio de processos como incineração, compactação ou diluição, dependendo do nível de radioatividade e das regulamentações locais.
• Lixo radioativo de alto nível de radioatividade: no que tange ao alto nível, é mais perigoso e requer cuidados especiais, pois ele inclui materiais como combustível nuclear usado e componentes de reatores nucleares. Portanto, o tratamento desse tipo de lixo envolve processos mais complexos, como vitrificação, que consiste em incorporar os resíduos em vidro para evitar a liberação de substâncias radioativas no meio ambiente.

Existem regulamentações rigorosas que estabelecem procedimentos seguros para o armazenamento, transporte e descarte desse tipo de resíduo. O objetivo é garantir que o lixo radioativo seja manuseado de forma responsável e segura, minimizando os riscos para a saúde e o meio ambiente.

Descoberta e história da radioatividade

A descoberta da radioatividade remonta ao final do século XIX, com importantes contribuições de cientistas como Henri Becquerel, Marie Curie e Pierre Curie. Nesse contexto, a história da radioatividade começou em 1896, quando Henri Becquerel descobriu que o urânio emitia uma radiação invisível capaz de atravessar materiais opacos. Esse fenômeno foi chamado de "radiação uraniana" na época, e Becquerel percebeu que essa radiação era semelhante aos raios X descobertos por Wilhelm Roentgen.

Já em 1898, Marie Curie e Pierre Curie realizaram experimentos que levaram à descoberta de dois novos elementos radioativos, que são o polônio, nomeado em homenagem à Polônia, terra natal de Marie Curie, e o rádio. Diante disso, o trabalho dos Curie revolucionou a compreensão da radioatividade e levou ao desenvolvimento de novas teorias sobre a estrutura atômica. Por isso, vale lembrar que Marie Curie também foi a primeira pessoa a receber dois Prêmios Nobel, um em Física (1903, compartilhado com Pierre Curie e Henri Becquerel) e outro em Química (1911), por suas descobertas pioneiras sobre a radioatividade.

Portanto, a descoberta da radioatividade teve um impacto profundo em diversas áreas da ciência e da tecnologia, abrindo caminho para o desenvolvimento da medicina nuclear, que utiliza materiais radioativos para diagnóstico e tratamento de doenças, bem como para a geração de energia nuclear, que se tornou uma fonte importante de eletricidade em muitos países.

Não obstante, esse fenômeno também apresenta riscos, especialmente quando os materiais radioativos não são manuseados adequadamente. O conhecimento da história da radioatividade e dos cientistas que a descobriram é fundamental para entender os benefícios e os desafios associados a essa importante área da ciência.

Parte superior do formulário

Acesse também: Acidente de Chernobyl — detalhes sobre o maior acidente radioativo do mundo

Exercícios resolvidos sobre radioatividade

Questão 1

(Uerj) O iodo-131 é um radioisótopo empregado no tratamento de doenças da glândula tireoide. Para o estudo de um medicamento que combate uma dessas doenças, foi utilizada uma amostra contendo 100 mg desse radioisótopo, cujo tempo de meia-vida é igual a 8 dias.

A massa de iodo-131 presente na amostra decairá a 25 mg no seguinte intervalo de tempo, em dias:

A) 4

B) 12

C) 16

D) 32

Resolução:

Alternativa C.

Sabendo que a meia-vida é o tempo necessário para a massa de um radioisótopo reduzir à metade e que a meia-vida do iodo-131 equivale a 8 dias, então primeiro devemos saber quantas meias-vidas passarão até chegar à massa de 25mg. Logo, temos o seguinte:

• 1ª meia vida: 100/2 = 50 mg.
• 2ª meia-vida: 50/2 = 25 mg.

Nesse caso, passarão duas meias-vidas. Portanto o intervalo de tempo é 2 x 8 = 16 dias.

Questão 2

(Unicentro) Considere a afirmação: “Um dos processos de estabilização de um núcleo com excesso de energia é o da emissão de um grupo de partículas positivas, constituídas por dois prótons e dois nêutrons, e da energia a elas associada.” Tal afirmação é referente a:

A) Partículas beta

B) Pósitrons

C) Elétrons

D) Radiação gama

E) Partículas alfa

Resolução:

Alternativa E.

As partículas alfa (α) são exatamente o que está descrito no enunciado, trata-se de partículas carregadas positivamente com massa igual a 4 devido a um núcleo composto por 2 prótons e 2 nêutrons.

Fontes

ARAÚJO, D. F.; MÓL, G. DE S. A Radioquímica e a Idade da Terra. Química Nova na Escola, v. 37, n. 3, 2015.

CHASSOT, A. Raios X e Radioatividade. Química Nova na Escola, v. 2, p. 19–22, 1995.

COELHO, A. P. O Emprego do Radioiodo no Estudo da Função Tireoidiana. Revista Brasileira de Cancerologia, v. 17, n. 22, p. 9–32, 2023.

COSTA, M. A.; GONÇALVES, J.; VIEIRA, É. Medicina - raio-x – radioatividade Homenagem aos que fizeram história. Revista Brasileira de Cancerologia, v. 42, n. 3, p. 177–180, 2022.

DE CASTRO MARTINS, J. L. Radioatividade: do bem ou do mal? Revista Insignare Scientia - RIS, v. 2, n. 3, p. 173–181, 2019.

DENG, D. et al. Radioactive waste: A review. Water Environment Research, 2020.

LIMA, R. DA S.; PIMENTEL, L. C. F.; AFONSO, J. C. O Despertar da Radioatividade ao Alvorecer do Século XX. Química Nova na Escola, v. 33, n. 2, p. 93–98, 2011.

LUCENA, E. A. DE et al. Radiação ionizante, energia nuclear e proteção radiológica para a escola. Brazilian Journal of Radiation Sciences, v. 5, n. 1, 6 abr. 2017.

MERÇON, F.; QUADRAT, S. V. A Radioatividade e a História do Tempo Presente. Química Nova na Escola, v. 19, p. 27–2, 2004.

STRATHERN, P. Curie e a radioatividade em 90 minutos. Journal of Chemical Information and Modeling, v. 53, n. 9, p. 1689–1699, 2019.

XAVIER, A. M. et al. Marcos da história da radioatividade e tendências atuais. Quimica Nova, v. 30, n. 1, p. 83–91, 2007.