EP-132 -ALFA, BETA E GAMA: O QUE SAI DE UM NÚCLEO RADIOATIVO?

Quando você ouve a palavra radioatividade, qual é a primeira coisa que vem à sua cabeça? Uma usina nuclear? Acidente? Ou aquele símbolo amarelo e preto de radiação?

Ou talvez alguma coisa invisível, perigosa e difícil de entender?

Mas a radioatividade não é apenas coisa de filme, acidente nuclear ou notícia assustadora. É um fenômeno natural que acontece no núcleo de determinados átomos.

E é aí que aparece aquela sequência que todo estudante já viu alguma vez: alfa, beta e gama.

Só que elas não são a mesma coisa, têm características diferentes, interagem de maneiras diferentes com a matéria e exigem diferentes formas de proteção.

E entender essas diferenças é muito mais importante do que simplesmente decorar que uma atravessa papel, outra alumínio e outra precisa de chumbo.

E é exatamente isso que vamos descobrir hoje. Olá, sejam muito bem-vindos e bem-vindas a mais um episódio do Papo de Química. Eu sou o professor Edson Souza e estou aqui com a Maria Fernanda, a Mafê.

Oi, pessoal, eu me chamo Mafê, sou aluna de Química do IFPE, e hoje nós vamos conversar sobre um assunto muito importante para quem está estudando estrutura atômica, radioatividade, ou que também está se preparando para ENEM e vestibulares.

E hoje temos uma participação especial, o professor Henrique Almeida, professor da Escola de Referência Joaquim Nabuco, escola da Rede Pública Estadual de Pernambuco. Henrique, seja muito bem-vindo ao Papo de Química.

Obrigado, Edson, é um prazer estar aqui. E hoje temos um tema muito interessante porque ele parece complicado à primeira vista, mas quando entendemos o que está acontecendo dentro do núcleo, muita coisa começa a fazer sentido.

Pessoal, e antes de começarmos de verdade, um pedido rápido: se você acompanha o Papo de Química pelo Spotify, avalie o nosso podcast. Essa avaliação ajuda o programa a ser recomendado para outros estudantes.

E agora sim, vamos entrar lá no núcleo do átomo.

Para entender alfa, beta e gama, primeiro precisamos responder uma pergunta aparentemente simples: o que é radioatividade?

E já podemos começar eliminando uma confusão: será que estamos falando de algo que acontece com Não, a radioatividade é um fenômeno nuclear.

Sua origem está no núcleo do átomo, onde encontramos prótons e nêutrons.

Então, estamos entrando em um território diferente daquele das ligações químicas. Nas reações químicas, a grande protagonista costuma ser a eletrosfera. Na radioatividade, a transformação acontece no núcleo.

Mas e por que o núcleo não se transforma? O que faz alguns núcleos serem radioativos e outros não?

Isso porque nem todas as combinações de prótons e nêutrons são igualmente estáveis. Alguns núcleos encontram-se em configurações instáveis. Esses núcleos podem sofrer espontaneamente determinadas transformações, emitindo partículas ou radiação eletromagnética.

Daí dá para entender que não é como se o átomo decidisse emitir alguma coisa, é uma consequência da própria estabilidade daquele núcleo.

Perfeito! E vale destacar a palavra espontaneamente. O decaimento radioativo não precisa que alguém aqueça o átomo, ilumine o material ou provoque uma reação química para acontecer.

Um núcleo radioativo pode se transformar espontaneamente em outro estado nuclear ou até em outro núcleo, liberando energia no processo.

E essa energia, ela pode aparecer justamente da forma das radiações que nós vamos discutir hoje: alfa, beta e gama.

Isso nos leva a outra distinção importante: material radioativo e radiação não são exatamente a mesma coisa.

Ué, como assim?

Um material radioativo contém núcleos instáveis capazes de sofrer decaimento. A radiação é aquilo que pode ser emitido durante essas transformações. Parece uma diferença pequena, mas conceitualmente é muito importante. É mesmo? É.

É verdade.

Antes de entrar nas 3 radiações, vale uma parada rápida na história. No final do século 19, alguns experimentos começaram a mostrar que havia algo estranho acontecendo com determinados elementos.

Em 1896, o físico francês Henri Becquerel percebeu que sais contendo urânio podiam impressionar chapas fotográficas, mesmo sem depender da exposição à luz. Aquilo mostrava que havia uma emissão espontânea associada ao próprio material.

E depois entram nessa história Marie e Pierre Curie.

Sim, os trabalhos avançaram e Marie e Pierre Curie estudaram intensamente esses fenômenos e chegaram à identificação de elementos fortemente radioativos como polônio e o rádio.

E aqui existe um detalhe histórico interessante: naquela época ainda não existia o modelo nuclear do átomo como entendemos hoje. A grande mudança foi perceber que aquela emissão estava relacionada a uma propriedade do próprio átomo.

Mais tarde, com o desenvolvimento dos modelos atômicos e da física nuclear, ficou claro que esses fenômenos tinham origem no núcleo.

E é justamente para esse núcleo que nós vamos olhar agora.

Vamos começar pela radiação alfa, que é representada pela letra grega alfa. Professor Henrique, afinal, o que é uma partícula alfa?

A partícula alfa é formada por 2 prótons e 2 nêutrons, ou seja, sua constituição corresponde ao núcleo de um átomo de hélio.

Então quer dizer que ela possui uma carga elétrica positiva?

Sim, como existem 2 prótons, sua carga corresponde a +2 em unidades de carga elementar. E comparada às partículas beta, a alfa apresenta massa muito maior.

E essas características influenciam diretamente a maneira como ela interage com a matéria.

E aí vem aquela informação clássica: a alfa tem baixo poder de penetração.

Correto! As partículas alfa interagem intensamente com a matéria e perdem energia rapidamente. Por isso, conseguem percorrer apenas pequenas distâncias em muitos materiais. Uma folha de papel já é suficiente para interromper sua passagem, e a própria camada mais externa da pele oferece uma barreira importante.

Então, podemos concluir que a radiação alfa não oferece perigo nenhum Não, e essa é uma das conclusões equivocadas que precisamos evitar.

Fora do organismo, a baixa penetração reduz bastante o risco em muitas situações, mas se um radionuclídeo emissor alfa entrar no corpo por inalação, ingestão ou outra forma de incorporação, a situação muda, porque aí já não tem mais pele protegendo os tecidos. Exatamente. E existe outro fator importante: a partícula alfa produz uma grande quantidade de ionizações ao percorrer uma distância relativamente pequena. Isso significa que ela pode depositar bastante energia em uma região muito localizada do tecido.

Pessoal, então temos uma primeira mensagem importante: baixo poder de penetração não significa automaticamente baixo risco biológico. Tudo depende da situação de exposição.

Você entendeu, velho?

É claro! Agora vamos para a beta. Ela já é bem diferente da alfa, não é?

Bastante! E aqui temos uma oportunidade de corrigir uma simplificação que às vezes aparece nas explicações escolares. Não é adequado dizer simplesmente que a beta penetra mais porque é uma partícula menor.

O mais apropriado é dizer que as partículas beta apresentam massa muito menor que a partícula alfa, interagem de maneira diferente com a matéria. No caso da radiação beta menos, ou aquele símbolo de beta e o menos, a partícula emitida é um elétron.

Peraí, peraí, se acabamos de dizer que o fenômeno acontece no núcleo e que é no núcleo que nós encontramos prótons e nêutrons, de onde é que danado aparece esse elétron?

Essa é uma excelente pergunta. O elétron emitido no decaimento beta não estava simplesmente guardado dentro do núcleo esperando para sair. Durante o processo beta menos ocorre uma transformação transformação nuclear. De forma simplificada, podemos dizer que um nêutron se transforma em um próton e nesse processo são emitidos um elétron e uma outra partícula chamada antineutrino.

Se quisermos representar de maneira simplificada, podemos escrever nêutron produzindo próton mais elétron mais antineutrino.

Ah, então isso explica! É por isso que o elétron pode sim aparecer numa transformação que vai acontecer lá dentro do núcleo.

Além disso, existe também a emissão beta mais, ou o símbolo beta e o mais, envolvendo a emissão de uma partícula chamada pósitron, que tem a mesma massa do elétron, mas carga positiva.

Mas não vamos aprofundar a beta mais agora. Para o objetivo deste episódio, o fundamental é compreender a lógica geral da emissão beta.

Em relação à penetração, de modo geral, a radiação beta apresenta poder de penetração intermediário. Penetra mais do que a alfa, mas normalmente é menos penetrante que a radiação gama.

Por isso, uma simples folha de papel, que pode bloquear partículas alfa, não é uma proteção suficiente para muitas fontes beta.

E o que pode ser usado?

Dependendo da energia da radiação e da situação, materiais como plásticos específicos e chapas de alumínio podem ser empregados para reduzir ou bloquear partículas beta.

Então, até aqui, alfa e beta envolvem emissão de partículas, mas a terceira integrante da nossa conversa é diferente.

Chegamos à radiação gama. Essa não é uma partícula material como a alfa, certo?

Isso. A radiação gama é uma radiação eletromagnética constituída por fótons de alta energia. Ela não possui carga elétrica e os fótons não possuem massa de repouso.

Então, aquela comparação bem tradicional da radiação gama com a luz faz sentido?

Faz, desde que entendamos bem a comparação. Luz visível e radiação pertencem à mesma grande família, são radiações eletromagnéticas. A diferença está principalmente na faixa de energia e de frequência em que se encontram.

E a gama possui uma energia muito elevada.

Sim, e existe outra característica importante: a radiação gama frequentemente aparece quando um núcleo está em um estado de energia mais elevado e passa para um estado de energia mais baixo. Nesse processo, ele pode emitir um fóton gama.

E aqui aparece uma diferença interessante em relação a alfa e beta. Na emissão gama, o núcleo pode perder energia sem necessariamente alterar o seu número de prótons ou nêutrons.

Isso quer dizer que ele pode mudar de estado energético sem necessariamente mudar de elemento químico.

Isso! E essa observação vai ser muito importante quando falarmos de transmutações nucleares.

Outra característica marcante da radiação gama é o seu elevado poder de penetração.

Ah, é por isso que aparecem aquelas imagens com blocos de chumbo e paredes de concreto?

Sim, para reduzir significativamente a intensidade da radiação gama, são utilizadas barreiras adequadas, que podem incluir materiais densos, como o chumbo, ou grandes espessuras de concreto, dependendo da energia da radiação e da aplicação.

Perceba que falamos em reduzir a intensidade. Blindagem não deve ser entendida simplesmente como uma parede mágica que faz toda a radiação desaparecer instantaneamente. A atenuação depende do material e da espessura da barreira, além da energia de radiação.

Você entendeu, velho?

É claro. Vamos organizar tudo agora. Imagine que uma questão do ENEM apresente alfa, beta e gama e peça para você comparar essas radiações. O que não pode faltar?

Começando pela alfa, ela é formada por 2 prótons e 2 nêutrons, possui carga positiva, massa relativamente elevada e baixo poder de penetração, mas apresenta grande capacidade de produzir ionizações ao longo de um pequeno percurso.

Por isso, um emissor alfa pode representar um risco importante caso seja incorporado ao organismo.

Envolve partículas de massa muito menor do que a alfa. Na beta menos, temos a emissão de um elétron produzido durante uma transformação nuclear e o seu poder de penetração é intermediário.

E temos gama, radiação eletromagnética formada por fótons de alta energia, sem carga elétrica e com elevado poder de penetração.

Mas atenção para uma das ideias mais importantes deste episódio: maior poder de penetração não significa automaticamente maior perigo em qualquer situação.

Então não faz mais sentido simplesmente montar um ranking: gama é mais perigosa que beta, que é mais perigosa que alfa.

Exatamente, o risco depende da situação.

É mesmo? É verdade, precisamos considerar fatores como o tipo e a energia da radiação, a atividade da fonte, o tempo de exposição, a distância, a blindagem, e também se o material radioativo está fora ou dentro do organismo.

Então, se a gente decorar apenas papel para alfa, alumínio para beta e chumbo para gama, não é suficiente para entender de verdade radioatividade.

Esse esquema ajuda como primeira referência, mas a química e a física ficam muito mais fáceis quando entendemos por que essas diferenças existem. E para ajudar nessa revisão, preparamos um material de apoio sobre alfa, beta e gama. Você encontra o link aqui na descrição desse episódio. Gente, e agora eu quero deixar uma reflexão: quando um núcleo emite uma partícula alfa, ele perde 2 prótons.

E se o número de prótons muda, muda também o número atômico.

E se muda o número atômico, podemos passar a ter outro elemento químico.

Exatamente. Então chegamos à pergunta que vai abrir o nosso próximo episódio: quando o núcleo radioativo emite radiação, ele continua sendo o mesmo elemento químico?

Ou será que seria possível possível um átomo literalmente se transformar em outro.

E é aí que entram as transmutações nucleares.

E esse será o assunto do próximo episódio do Papo de Química.

Antes de terminar, fica o nosso agradecimento especial ao professor Henrique, da EREM Joaquim Nabuco, por participar novamente dessa conversa.

Eu que agradeço o convite. Foi muito bom conversar com vocês e espero que agora alfa, beta e gama estejam um pouco menos misteriosas para quem está nos ouvindo.

Com certeza! E se este episódio ajudou você a compreender melhor radioatividade, compartilhe com alguém que também está estudando esse assunto.

Ah, e não esqueça de avaliar o Papo de Química no Spotify. Sua avaliação ajuda o podcast a alcançar cada vez mais estudantes.

Obrigado pela audiência! Eu sou o professor Edson Souza.

Eu sou Mavê.

Eu sou o professor Henrique.

E até o próximo Papo de Química. Tchau, tchau!