Química Nuclear
A química nuclear é um campo da química que lida com o uso de isótopos radioativos e outras reações nucleares. As reações nucleares nos fornecem enormes quantidades de energia. Isótopos radioativos são usados para determinar a idade de artefatos antigos, diagnosticar doenças e tratar certos tipos de condições médicas. Nesta lição, examinaremos mais de perto cada uma dessas aplicações da química nuclear.
Fusão nuclear
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O que o sol pode fazer que nós não podemos? A resposta é ‘funcionar com fusão nuclear’. A fusão nuclear ocorre quando dois ou mais átomos se fundem para formar um único átomo mais pesado. Lembre-se de que durante esse processo nem toda a massa é conservada. O átomo «mais pesado» produzido é, na verdade, mais leve do que as duas peças individuais, o que significa que há perda de massa. Como massa e energia estão interligadas, quando a massa é perdida, a energia é perdida ou emitida. Em uma reação de fusão, grandes quantidades de energia são emitidas.
Atualmente, não há uma maneira viável de aproveitar essa energia da fusão e usá-la para alimentar nossa infraestrutura, mas, vários anos depois, é possível que ela nos forneça a energia de que precisamos. De certa forma, somos capazes de usar parte da energia das reações de fusão. O sol é essencialmente um reator de fusão que cria energia pela fusão de átomos de hidrogênio para formar hélio, e o sol é nossa fonte primária de energia.
Usamos a energia do sol para energia solar, fotossíntese e até mesmo nos combustíveis fósseis que queimamos. Os combustíveis fósseis são, na verdade, apenas organismos mortos que antes usavam o sol para obter energia e que sofreram grande pressão por serem enterrados sob as rochas. Portanto, agora na Terra, não podemos operar nossos próprios reatores de fusão nuclear, mas ainda dependemos fortemente das reações de fusão que ocorrem no sol.
Ficão nuclear
O tipo de energia nuclear mais comum na Terra é a fissão nuclear. A fissão nuclear ocorre quando um átomo mais pesado se divide em pedaços menores. Normalmente, os ‘pedaços’ são átomos menores, mas frequentemente os nêutrons também são liberados. Muitas reações de fissão são iniciadas por um átomo muito pesado sendo atingido (ou, no jargão da química, bombardeado) por um nêutron. Isso torna o átomo pesado já ligeiramente instável ainda mais instável, o que faz com que ele se divida em átomos menores e, possivelmente, ejete alguns nêutrons. Isso libera muita energia porque o átomo original era muito instável.
Além disso, os nêutrons que foram ejetados podem ser usados para iniciar várias outras reações de fissão. Esse ‘efeito dominó’ causado pelos nêutrons é chamado de reação em cadeia e pode ser responsável por manter a reação por um longo tempo. Sempre que a energia nuclear é discutida, seja na forma de um reator nuclear ou de um submarino movido a energia nuclear, a energia é produzida por causa de uma reação de fissão.
Datação de Carbono Radioativo
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Outra reação nuclear da qual podemos tirar proveito é a decomposição do carbono-14. O carbono é um elemento essencial para os organismos vivos que estão constantemente trocando carbono, a maior parte do qual é carbono-12. Alguns desses átomos de carbono, porém, são isótopos de carbono-14. Enquanto um organismo está vivo, ele tem uma proporção definida de carbono-14 para carbono-12. Depois de morrer, o carbono 12 estável permanece, enquanto o carbono 14 radioativo sofre decaimento beta para se transformar em nitrogênio.
Agora, o carbono-14 tem uma meia-vida de cerca de 5.730 anos, então, a cada 5.730 anos, metade dele vai se decompor em nitrogênio. Quanto mais carbono-14 um artefato tiver, mais recente ele será. Como muitas coisas já foram organismos vivos ou foram feitas de organismos vivos, medir a porcentagem de carbono-14 em um artefato é uma maneira muito confiável de saber a idade do artefato.
Aplicações Médicas
Nossa próxima aplicação da química nuclear é na medicina. Às vezes, ao diagnosticar certos tipos de doenças, átomos estáveis em seu corpo são substituídos por átomos radioativos do mesmo elemento. Esses elementos radioativos então se movem por todo o corpo como fariam normalmente, mas como são radioativos, são mais fáceis de detectar fora do corpo. Eles são chamados de traçadores radioativos e agem como pequenos rótulos ou sinalizadores de átomos. Se eles estiverem sendo rastreados em locais onde não deveriam estar, um diagnóstico mais preciso pode ser feito.
Por exemplo, o tecnécio-99 é um isótopo radioativo comum que se liga a muitas moléculas diferentes no corpo. Se for combinado com um composto de estanho, é capaz de se ligar às células sanguíneas, o que pode ajudar a criar um mapa do sistema circulatório. Isso pode permitir que um médico detecte um distúrbio em seu sistema circulatório.
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Outra aplicação dos isótopos radioativos na medicina é a radioterapia para o tratamento de certos tipos de doenças. Em algumas situações, é obtido um isótopo radioativo que, dependendo do tipo de molécula que for, encontrará o caminho para o local apropriado no corpo. Em seguida, ele emitirá radiação que percorre apenas uma curta distância (portanto, protege os tecidos circundantes). A radiação que ele emite pode ajudar a matar qualquer célula perigosa.
Resumo da lição
Esses são apenas alguns dos muitos exemplos de como a química nuclear desempenha um papel importante em nossa vida diária, desde a fusão que ocorre no sol, fornecendo a energia para o crescimento das plantas, até as reações de fissão que ocorrem nas usinas nucleares. Os isótopos radioativos são medidos para determinar a idade de um artefato e são administrados no corpo para detectar e tratar certas condições médicas. Simplificando, nossa sobrevivência depende de reações nucleares.
Resultado de aprendizagem
Na conclusão deste vídeo, você deve ser capaz de explicar vários exemplos de química nuclear e sua importância: fusão nuclear no sol, reações de fissão nuclear, datação por carbono e usos nucleares na medicina.