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radioatividade

Os fenómenos radioativos foram descobertos em 1896 por um físico francês chamado Antoine Henri Becquerel, ao observar que o urânio escurecia uma chapa fotográfica, mesmo quando estava isolada por um vidro ou um papel negro. Dois anos depois, dois químicos franceses, Marie e Pierre Curie, deduziram que a radioatividade é um fenómeno associado a átomos, independentemente do seu estado físico ou químico. Concluíram, também, que deveriam existir outros elementos no minério, porque a uranite (UO2) (mineral que contém urânio) é mais intensamente radioativa do que os sais de urânio usados por Becquerel. Descobriram, assim, dois novos elementos radioativos, o polónio e o rádio. Mais tarde descobriram também o tório.
Ficou a dever-se ao físico britânico Ernest Rutherford uma grande parte do entendimento que atualmente se tem da estrutura atómica. Já para não falar na ideia de que o átomo era a menor porção em que era possível subdividir a matéria, muitos modelos atómicos foram formulados, mas somente o de Rutherford teve êxito. Neste modelo, o átomo é composto por um núcleo coeso, onde existem protões e neutrões, fortemente ligados por forças nucleares, e nuvens de eletrões orbitando o núcleo.
Na Natureza existem inúmeros núcleos atómicos instáveis. Devido a essa instabilidade, esses núcleos sofrem uma transmutação ou decaimento, originando núcleos diferentes e emitindo partículas a ou ß. Se no decaimento é emitida uma partícula a (que tem carga positiva), o núcleo inicial perde dois protões e dois neutrões (pois são estes os constituintes da partícula a). Durante a reação é também emitida radiação eletromagnética de alta frequência, os raios g (e por vezes raios X). Pela sua natureza eletromagnética, não possuem massa ou carga elétrica. A energia desta radiação será a diferença entre a energia da massa em repouso dos constituintes iniciais e finais.
Por outro lado, se um núcleo instável decai emitindo uma partícula ß, teremos que considerar duas situações: um neutrão do núcleo transforma-se em protão e é emitida uma partícula ß (neste caso um eletrão) e um antineutrino; um protão do núcleo transforma-se em neutrão e é emitida uma partícula ß (neste caso um positrão - partícula que tem a mesma massa que o eletrão e carga simétrica) e um neutrino. O neutrino é uma partícula sem carga e cuja massa ainda não foi avaliada com precisão. Se a sua massa não for nula, será muito próxima de zero. Esta partícula é de muito difícil deteção porque reage muito fracamente com a matéria. O positrão também é chamado a antipartícula do eletrão, pois interagindo com este aniquila-se. Fenómeno idêntico passa-se com o par neutrino-antineutrino. Para além da emissão da partícula ß e um neutrino (ou antineutrino), também é emitida radiação g.
As partículas a e ß são emitidas pelos núcleos com altíssimas velocidades. Quase todas as partículas a têm a mesma velocidade (para uma dada substância radioativa), enquanto que as partículas ß são emitidas com velocidades variadas. Naturalmente, os raios g terão a velocidade da luz. Os neutrinos deverão ter essa mesma velocidade ou então uma ligeiramente inferior (no caso de terem massa não nula).
Os intervalos de tempo que medeiam entre estas reações nucleares podem ir desde as infinitésimas frações de segundo (o decaimento do rádio C' em rádio D, emitindo uma partícula a, dura 10-6 s) a alguns milhares de milhões de anos (o decaimento do tório emitindo uma partícula a dura cerca de 14 milhares de milhões de anos). Assim, definiu-se o tempo de vida média de uma amostra como o intervalo de tempo necessário para que esta se reduza a metade.
A eficiente investigação das reações nucleares e a pesquisa de novos núcleos radioativos artificiais, especialmente para elementos pesados, foi responsável pela descoberta da fissão nuclear e consequente desenvolvimento da bomba atómica. As investigações têm originado descobertas de novos elementos que não existem na Natureza. O desenvolvimento dos reatores nucleares tornou possível a produção, em larga escala, de isótopos (elementos com o mesmo número de protões mas diferente número de neutrões) radioativos de quase todos os elementos da tabela periódica e a disponibilidade destes isótopos proporcionou uma ajuda inestimável para a investigação em Química, Biologia e Medicina. Dos elementos radioativos produzidos artificialmente, o carbono 14 é de grande importância. Este núcleo tem uma vida média de 5730 ± 40 anos. A disponibilidade desta substância tem tornado possível, de uma forma espantosa, a investigação de numerosos aspetos dos processos da vida, tais como a fotossíntese. Uma pequena quantidade de carbono 14 está presente na atmosfera da Terra e, por isso, todos os organismos vivos o assimilam durante a sua vida. Após a morte, a assimilação termina e o carbono radioativo, que está em constantes decaimentos, não consegue manter a sua concentração. Este facto já permitiu a estimativa da idade de muitos objetos históricos e de interesse arqueológico, como múmias e esqueletos, através da análise feita com carbono 14.
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