Introdução à Química Nuclear

Galerinha, aqui começa uma importante etapa na vida de vocês e já antecipo que sua vida vai mudar (provavelmente) depois de todos os conhecimentos que vamos abordar aqui. Mas, antes, vamos fazer uma recapitulação da história?

Contexto Histórico

Vamos voltar a 1895, nesta época, os químicos sabiam da existência dos gases e os físicos sabiam que existia o átomo, mas não sabiam muito bem como ele funcionava. Além disso:

► Não existiam carros! (Havia charretes! Juro que isso é importante para o que vai vir depois);

► Não havia telefone;

► A eletricidade era muito precária;

► Laboratórios basicamente funcionavam com pilhas;

► O “vácuo” era criado com bombas super primitivas.

Mesmo com tudo isso que eu acabei de colocar aí, foi de 1895 para 1897 que descobertas como, por exemplo, os conhecidos raios X, elétron e radioatividade aconteceram! Incrível, não?

William Conrad Röntgen e os Raios X

Esse rapaz fez descobertas muito importantes tanto para a física quanto para a química. Ele fez muitas coisas na área da acústica, além de ter definido o número de Avogrado (se não lembra disso, corre lá no módulo de estequiometria!).

Até 8 de novembro de 1895, ele escreveu muitos trabalhos e a maioria deles estava engavetado, mas foi com um que ele brilhou (quase que literalmente). Röntgen estava em seu laboratório, às escuras, com uma válvula que envolveu em uma cartolina preta e uma placa tratada com platinocianeto de bário [ BaPt(CN)4]. Logo ele percebeu que essa placa começou a brilhar e, a princípio, não tinha motivo para isso. Então resolveu virar a placa, afastou ela da válvula e de qualquer fonte de luz, porém a placa continuava lá, brilhando. Ele não entendeu muito bem o que estava acontecendo, mas decidiu continuar pesquisando. Colocou diversos objetos entre a placa e a válvula e eles pareciam transparentes até que sua mão escorregou em frente a válvula e “PÁ”: Ele viu seus ossos marcados na placa! Isso é ciência minha gente! Às vezes, cientistas trabalham muito, em outras, casualidades geram coisas magníficas.1

Ficou com curiosidade sobre fatos científicos que foram descobertos ao acaso? Dá uma olhada como Fleming descobriu a penicilina.

Em 28 de Dezembro de 1895, ele entregou um relatório prévio de suas descobertas à sociedade físico-médica e, no ano seguinte, já havia sido convidado para dar inúmeras palestras sobre o assunto, mas ele negou quase todos os convites. Röntgen morreu sem definir ou criar uma teoria sobre a emissão dos raios X, mas, em 1902, recebeu o Prêmio Nobel por suas descobertas.

Becquerel, Marie, Pierre e a Radioatividade

Esse trio causou um estrondo na ciência, definitivamente. Por intermédio de uma pessoa, o trabalho de Röntgen chegou às mãos de Henri Becquerel, que estudava os efeitos de fluorescência e da fosforescência dos elementos.

Henri Becquerel

A família Becquerel fez história, na verdade, foi uma dinastia de Becqueréis! Por quase 80 anos, sempre houve um ou dois membros da família na universidade e todos físicos de grande renome!

Em 1986, Becquerel pegou uma chapa fotográfica e colocou várias camadas de papel preto em cima delas, quando expôs ao sol, viu que a chapa não queimou com a luz solar. Então, ele pegou uma porção de sais de urânio, colocou em cima do papel preto e expôs ao sol novamente e, ao revelar a chapa, percebeu que, onde os sais tinham ficado, havia uma mancha preta! Ele sabia que esses sais de urânio eram fosforescentes, porque o seu pai já tinha estudado sobre eles. Assim, ele escreveu um relatório à academia dizendo que estas substâncias penetravam o papel que era opaco a luz! Pasmem… parecia muito com os raios X, casualmente!!!!

Imagem das chapas reveladas por Becquerel

Logo depois, Becquerel voltou à academia para refazer seus experimentos, mas o clima tinha mudado e não estava mais ensolarado. “E aí, como faz?” Ele simplesmente colocou tudo dentro de uma gaveta pra ver o que acontecia e percebeu que as imagens ficaram muito melhores e mais definidas sem o sol! Os sais que ele havia colocado sobre a chapa emitiam raios que eram capazes de penetrar nesse papel com ou sem luz.

Mas ninguém deu muita importância a Becquerel… nem Röntgen se empolgou com as descobertas dele.

Becquerel continuou seus estudos com o urânio, pois ele sabia que tal elemento emitia esses raios. Também estava concentrado em estudar a natureza desse fenômeno e não se ateve a outros compostos. É aí que o casal Curie entra em cena. Marie e Pierre Curie perceberam que outros elementos eram capazes de emitir os mesmos raios, como o polônio e o rádio.

Marie Curie

Marie Curie recebeu um prêmio Nobel de Química (1911) pela descoberta destes dois elementos e o nome polônio nada mais é do que uma homenagem ao seu país de origem: a Polônia. Cabe ressaltar que, nessa época, a Polônia sofreu muitos ataques e era frequentemente dominada por um país ou outro, isso desenvolveu um sentimento de patriotismo nos seus habitantes e Marie estava incluída nesse grupo. É interessante pontuarmos a história de Marie, pois ela foi a única pessoa no mundo a receber dois prêmios Nobel em áreas científicas (Química – 1911 e Física 1904). Isso é interessante de pontuar, porque na época as mulheres tinham poucas oportunidades de estudo e Marie conseguiu desenvolver seus estudos de forma mais avançada, pois seu pai era matemático, físico e professor da Universidade de São Petersburgo. Mas a vida de Marie não foi tão fácil: o pai perdeu sua fortuna e ela trabalhou durante anos como governanta para auxiliar sua irmã a estudar. No fim deste processo, Marie foi para a França com cerca de 20 dólares no bolso e a vontade de estudar. Longe de casa, ela conhece Pierre.

Pierre Curie

Pierre era considerado, durante a sua infância, um jovem com retardo mental. O seu pai era físico e contratou um tutor para auxiliar Pierre em seus estudos quando ele tinha 14 anos e foi aí que ele aprendeu matemática e latim, mas seu pai não ligava se consideravam ele retardado ou não, deixou que Pierre se desenvolvesse e aos 16 anos ele concluiu o bacharelado em ciências. Precoce, né?

Os trabalhos de Pierre giravam em torno dos estudos de cristais e suas simetrias, ele fez grandes contribuições para esta área e era um cientista renomado por isso. Em 1985, conheceu Marie, uma jovem estudante Polonesa, e eles decidem se casar.

O Trio da Radioatividade

Em 1897, Marie pediu ao marido uma sugestão de tema para o seu doutorado e Pierre disse que ela poderia estudar os fenômenos que Becquerel havia descoberto. Marie, então, repetiu os experimentos de Becquerel com uma aparelhagem diferente que utilizava cristais e que foi desenvolvida por Pierre, pois tal aparelho conseguia identificar a intensidade dos raios. Marie concordou com Becquerel a respeito de que a emissão desses raios era uma propriedade do urânio, mas avançou seus estudos e descobriu que outro elemento também emitia raios semelhantes: o Thório. Marie propôs que esse fenômeno se chamasse radioatividade.

Marie não parou por aí não, hein… ela pensou que se havia outro elemento além do urânio com essa propriedade poderia haver mais! Ela buscou em uma série de minérios o mesmo fenômeno e achou. Ao testar um minério de urânio, a calcolita, ela percebeu que os raios emitidos por esse minério eram maiores do que sais de urânio, mas, antes de qualquer coisa, ela fabricou a calcolita em seu laboratório e percebeu que esse composto emitia menos raios do que o minério natural e pensou: “huuum, tem alguma impureza aí dentro desse minério que está emitindo mais radiação do que o urânio!” Utilizando seu equipamento de quantificação, uns cálculos estimados e muita imaginação, ela percebeu que essa impureza deveria ser 300 vezes mais radioativa que o Urânio, ela acreditava que o minério continha menos do que 1% de massa desse elemento, ou seja, era muito pouco! Ela começou a tentar isolar esse elemento, mas percebeu que este trabalho era grande demais e sugeriu a Pierre que ele a ajudasse a isolar esse composto e… isolaram um elemento muito mais radioativo que o Urânio, que chamaram de polônio. Além disso, perceberam que esta nova substância desaparecia de forma rápida e chamaram isso de meia – vida!

Pierre e Marie continuaram seus estudos com os elementos radioativos e se dedicaram a isolá-los de minerais e medir sua radioatividade. Descobriram que elementos como bário, estrôncio e cálcio também possuíam tal propriedade. Encontraram outro elemento através de técnicas que envolviam cristalização, eles chamaram esse novo elemento de rádio.

Vamos pensar um pouco aqui: lembram que lá no início da apostila eu falei sobre as condições da época? Então, os laboratórios em que Marie e Pierre trabalhavam não possuíam quase nenhum método de segurança, nem mesmo um exaustor para eliminar os vapores que saíam quando eles tentavam isolar um elemento. Em função disso, não era raro ver o casal sempre doente. Na época, não se tinha noção dos problemas que envolviam se expor à radiação. Marie vivia sempre doente, pois ela fazia a maior parte do trabalho, mas viveu até os 77 anos e morreu em função da alta exposição que teve à radiação. Nas anotações de Marie e também no seu livro de receitas, foi possível encontrar um alto nível de radiação, mesmo 50 anos depois de sua morte!

As charretes não pareciam importantes, né? Pois são. Pierre morreu antes de Marie, pois foi atropelado por uma delas! Isso causou um fato importante, pois, após a morte de Pierre, Marie se envolveu em alguns casos amorosos e esses falatórios chegaram a grande parte da comunidade científica, que considerava isso um absurdo na época. Marie quase não recebeu seu segundo prêmio Nobel em função disso.

Quando Becquerel, Marie e Pierre recebem o Prêmio Nobel pela descoberta da radioatividade em 1903, no seu discurso, Pierre disse:

“Pode-se ainda conceber que, em mãos criminosas, o rádio venha a tornar-se bastante perigoso, e aqui podemos indagar-nos se é vantajoso para a humanidade conhecer os segredos da natureza, se está madura para usufruir desses segredos ou se esse conhecimento lhe será nocivo. O exemplo das descobertas de Nobel é característico, os poderosos explosivos têm permitido aos homens executar tarefas admiráveis. São também um meio terrível de destruição nas mãos dos grandes criminosos que arrastam os povos para a guerra […]” (Fonte: Discurso do Prêmio Nobel, 1903. Dos raios-x aos quarks, Emilio Segre)

Em 6 de agosto de 1945, durante o final da segunda guerra mundial, os Estados Unidos joga a primeira arma nuclear, uma bomba conhecida como “Little Boy”, em Hiroshima. No dia 9, a bomba conhecida como “Fat Boy” cai sobre Nagasaki, ambas no Japão. Pierre estava altamente correto sobre o potencial da utilização da radioatividade como arma de destruição de povos. Pierre cita especificamente o rádio pois ele queimava quando entrava em contato com tecido biológico e Becquerel foi o primeiro a comprovar isso.

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