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ENEM Física Química

O que é radioatividade e quais são suas causas?

A radioatividade é um processo natural que ocorre em núcleos atômicos instáveis. Conheça aqui mais detalhes deste fenômeno e suas causas.

Autor Representação de uma pessoa Denis Data Representação de um calendário 21/08/2019 Tempo Representação de um relógio 8min  de leitura

Primeiramente, precisamos entender a diferença entre radioatividade e radiação. Essas palavras, diferentemente do que muitos pensam, não são sinônimos!

A diferença entre radiação e radioatividade

A radiação é uma das formas que a energia pode ser transmitida. Já a radioatividade é um processo que ocorre no núcleo atômico e que tem como produto alguma forma de radiação.

Não entendeu? Não se preocupe, contaremos mais detalhes de cada uma dessas definições.

O que é Radiação?

Denominamos de radiação a transmissão de energia na forma de ondas ou de partículas.

A transmissão na forma de ondas é mais comum e costumamos chamá-la de radiação eletromagnética. Nesse tipo de radiação estão inclusas as ondas da luz visível, infravermelho, ultravioleta, ondas de rádio e etc, ou seja, todas as frequências do espectro eletromagnético:

Representação do espectro eletromagnético. Na esquerda, temos as ondas com maiores comprimentos de onda. Na direita, temos as ondas com menores comprimentos de onda. Da esquerda para a direita: ondas de rádio, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raio X e raios gama.
Espectro Eletromagnético

As diferenças entre essas ondas estão apenas em suas frequências e comprimentos. Não lembra das características dessas ondas? Não se preocupe, temos um blog post inteirinho sobre ondas e suas principais características.

Neste contexto, o que você precisa saber é que ondas de menor comprimento, e consequentemente de maior frequência, carregam mais energia.

Existe também a radiação de partículas, onde a energia é transportada na forma de partículas, que podem ser nêutrons, elétrons, prótons (elétrons de carga positiva) e até mesmo núcleos inteiros de Hélio.

O que é Radioatividade?

A radioatividade é o processo no qual núcleos atômicos instáveis emitem radiação na forma de ondas e/ou de partículas, com o objetivo de atingir a estabilidade.

Processo de radioatividade: um núcleo atômico emitindo uma onda eletromagnética e uma partícula.
Na radioatividade, um núcleo emite radiação na forma de partículas e/ou de ondas eletromagnéticas

Vale lembrar que a radiação pode ser liberada também pela eletrosfera, ou seja, fora do núcleo. No entanto, esse tipo de processo não é chamado de radioatividade!

Um exemplo disso são os Raios X. Eles são uma forma de radiação, mas não são emitidos pelo núcleo atômico, logo, não são produtos da radioatividade.

O que causa a radioatividade?

A radioatividade, como vimos, ocorre apenas em núcleos atômicos instáveis. Um núcleo instável é um núcleo incapaz de se manter inteiro, ou seja, que tende a se dividir em partes menores.

Certo, mas o que causa essa instabilidade e, consequentemente, a radioatividade?

Primeiramente, é importante saber que existem duas forças atuando no interior de todo núcleo atômico: a força elétrica e a força nuclear forte.

Força elétrica

A força elétrica você já conhece: é ela que mantém os elétrons ligados ao núcleo, por exemplo. Ela atua sobre corpos carregados e, apesar de ter sua intensidade reduzida com a distância, possui alcance infinito. Esta força é atrativa entre corpos de cargas de sinais opostos e repulsiva entre corpos de cargas de mesmo sinal.

Força nuclear forte

A força nuclear forte é, como o próprio nome já diz, muito forte, mais forte do que a força eletromagnética. Ela atua sobre núcleons, ou seja, sobre as partículas que compõem o núcleo atômico: prótons e nêutrons.

Porém, ela não tem alcance infinito. Na verdade, seu alcance é extremamente limitado, da ordem de 10-14 metros. Diferentemente da força elétrica, a força nuclear forte é sempre atrativa.

Desse modo, é a força nuclear forte que permite que prótons fiquem unidos no núcleo atômico, apesar da repulsão elétrica que existe entre eles por possuírem cargas elétricas de mesmo sinal.

Observe a imagem abaixo:

Representação do equilíbrio entre força nuclear forte e força elétrica. Na esquerda, dois prótons muito próximos estão ligados pois a força nuclear forte é um pouco mais significante do que a força elétrica. Na direita, dois prótons estão separados por uma certa distância e afastando-se. pois a força nuclear forte é insignificante em comparação com a força elétrica atuante.
Equilíbrio entre força nuclear forte e força elétrica

Quando os prótons estão suficientemente próximos entre si (imagem da esquerda), a força nuclear forte (atrativa) é mais intensa do que a força elétrica (repulsiva). Sendo assim, os prótons se mantêm unidos.

Quando os prótons estão mais distantes um do outro do que o alcance da força nuclear forte, a força elétrica (repulsiva) é mais intensa do que a força nuclear forte (atrativa). Sendo assim, os prótons tendem a se repelir, ou seja, o núcleo que os contém está instável.

Quais núcleos atômicos são instáveis?

Como vimos, para que um núcleo seja estável, os prótons nele contidos devem estar suficientemente próximos uns dos outros, fazendo com que a força nuclear forte supere a repulsão elétrica.

Tudo bem, mas o que interfere diretamente na distância entre os prótons? O tamanho do núcleo!

Observe a imagem abaixo:

Representação de dois núcleos atômicos, um pequeno e um grande. No pequeno, os núcleons estão mais próximos uns dos outros. No grande, os núcleons da superfície, estão mais afastados uns dos outros. Explicando porque a radioatividade geralmente ocorre em núcleos grandes.
Comparação entre dois núcleos atômicos de tamanhos diferentes

Observe que, no núcleo menor (a), todos os núcleons estão próximos o suficiente para que a atração entre eles seja intensa.

Já no núcleo maior (b), os núcleons em lados opostos não estão tão próximos uns dos outros e, portanto, a intensidade da força nuclear forte que atua sobre eles é menor.

Como resultado, núcleos grandes são menos estáveis!

A interferência dos nêutrons na estabilidade

A nossa sorte é que o núcleo atômico não é formado apenas de prótons. Os nêutrons interferem, e muito, na estabilidade nuclear.

Como sabemos, os nêutrons são eletricamente neutros, ou seja, não sofrem os efeitos da força elétrica. Porém, tanto prótons quanto nêutrons se atraem mutuamente através da força nuclear forte. Observe a imagem abaixo:

Representação das forças que atuam sobre os núcleons de um átomo. Na imagem da esquerda, a força nuclear forte causa uma atração mútua entre prótons e elétrons em um núcleo. Na imagem da direita, existe uma repulsão elétrica apenas entre os prótons de um núcleo.

Podemos concluir então que não existem forças de repulsão sobre nêutrons, apenas forças de atração, ou seja, a presença de nêutrons em um núcleo traz apenas estabilidade.

Muitos físicos chamam os nêutrons de “cimento nuclear”, justamente porque eles ajudam a manter um núcleo atômico íntegro.

Quanto mais prótons existirem em um núcleo, ou seja, quanto maior for o número atômico do elemento em questão, mais nêutrons serão necessários para ajudar a contrabalancear as repulsões elétricas entre os prótons.

Para manter um núcleo leve estável, basta que exista uma quantidade de nêutrons igual à quantidade de prótons. Por exemplo, um isótopo estável de Carbono tem 6 prótons e 6 nêutrons.

No entanto, elementos mais pesados precisam de uma quantidade muito maior de nêutrons para se manter estável. Por exemplo, um isótopo estável de ouro tem 79 prótons e 118 nêutrons.

Quer saber mais sobre radioatividade? Então fique ligado, pois teremos diversos blog posts sobre o assunto, além do nosso minicurso com 9 aulas sensacionais, preparadas exclusivamente para você não perder nenhuma informação. Fique ligado!

PALAVRAS-CHAVES: núcleo radiação radioatividade