Radioatividade natural

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Maria Curie e a radioatividade natural.

O físico francês Henri Becquerel, em 1896, descobriu, acidentalmente, que o minério uranita (sulfato de urânio e potássio) emitia algum tipo de radiação. Colocando perto do minério uma placa fotográfica, o filme era queimado, mesmo no escuro. Esse fenômeno ficou conhecido como "radioatividade" e, tão logo foi descoberto, passou a ser objeto de estudo de muitos físicos e químicos.

Um deles, ou melhor, uma delas, foi uma jovem polonesa chamada Maria Sklodowska, casada com o físico francês Pierre Curie. Todo mundo achava que o urânio era o responsável pela radiotividade da uranita. Afinal, tanto o potássio quanto o enxôfre já tinham sido exaustivamente estudados e nada tinham de especial. Por essa razão, Maria Curie passou a purificar o minério para separar o urânio do resto. E foi aí que descobriu algo inesperado: o urânio purificado era muito menos radioativo que o resto que sobrava. A radioatividade, ao que parecia, devia vir de algo que fazia parte do minério, além do urânio, do potássio e do enxôfre. Devia ser uma impureza, presente em pequena quantidade nas amostras.

Se a fonte da radioatividade era uma impureza, tornava-se necessário conseguir uma grande quantidade do minério para tentar separá-la do resto. Esse minério uranita era retirado de minas austríacas da região da Boêmia. A uranita era separada para uso na indústria de vidros e o que sobrava, o resíduo, era jogado no lixo. Que sorte: era justamente esse resíduo que interessava a Maria Curie. O governo austríaco concordou em fornecer uma tonelada desse material ao casal Curie que, tão logo o recebeu, deu início à penosa tarefa de separar a impureza. Como não sabia que impureza era essa, o programa consistia em separar quimicamente os elementos conhecidos e monitorar a radioatividade de cada componente. Depois de muito suor, Maria Curie viu que tinha isolado um material extramente radioativo com propriedade químicas próprias, diferentes daquelas dos demais compostos. A esse novo material ela deu o nome de polônio, em homenagem a seu país natal.

Com mais trabalho ainda, separou um novo elemento, ainda mais radioativo que o polônio, e milhões de vezes mais radioativo que o urânio, a que chamou, dessa vez pouco inspiradamente, de rádio.

Tudo isso aconteceu em uma época em que o átomo era motivo de disputa. Alguns não acreditavam nem que ele existisse, outros achavam que era uma partícula indivisível. Com suas descobertas, Maria e Pierre Curie demonstravam que o átomo era muito mais complexo do que se imaginava até então. Essas pesquisas lhe deram o Prêmio Nobel de Química de 1903 e transformou a polonesa em uma celebridade mundial. Sobre isso, falarei na próxima apostila.

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Maria e Pierre Curie

Não há a menor dúvida, porém, de que se tratava de uma grande mulher. Nasceu em Varsóvia, em 1867, e como, desde cedo, já decidira estudar física, teve de se mudar para a França pois as universidades polonesas não aceitavam estudantes do melhor sexo. Em Paris conheceu Pierre Curie, com quem casou e teve duas filhas, Irene e Eva. Pierre foi seu parceiro de pesquisas até morrer, em um infeliz acidente , em 1906.

As descobertas sobre a radioatividade transformaram Maria Curie em celebridade mundial. Os jornais falavam dela como uma heroína ou uma santa. Todos conheciam e admiravam Madame Curie, sem saber que ela detestava essa denominação machista, como se não tivesse nome próprio. Certamente, ela merecia toda essa admiração, pois era uma pessoa desprendida de interesses materiais, toda dedicada a seu trabalho. Durante a primeira grande guerra, Maria e Irene organizaram um serviço para atender aos soldados feridos, utilizando os raios-X. Usou o dinheiro ganho com seus prêmios Nobel para criar um centro de pesquisas, o Instituto do Rádio, dedicado à pesquisa do uso de técnicas nucleares no combate ao câncer.Mas, mexer com material radioativo sempre foi e ainda é um grande risco. Maria Curie contraiu leucemia, certamente causada pela prolongada exposição à radiação penetrante oriunda dos materiais que estudava. Morreu dessa terrível doença em 1934. Algum tempo depois, examinando seus livros e cadernos de anotações, os técnicos verificaram que estavam fortemente contaminados. Colocando filmes sobre esses papéis, chegaram até a obter impressões digitais da cientista, nos locais em que ela encostara os dedos.

O elemento transurânico de número atômico 96 não existe naturalmente mas pode ser fabricado em reatores nucleares. Ao ser descoberto, recebeu o nome de Curio, em homenagem à grande polonesa.

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Os isótopos e a estabilidade do núcleo

Como toda criança sabe, um átomo é constituído de um núcleo onde moram os prótons, cargas elétricas positivas, e os neutrons, que são eletricamente neutros, como o nome já diz. Fora do núcleo, longe dele, moram os elétrons, cargas elétricas negativas de massa minúscula. Sendo o número de prótons igual ao de elétrons, um átomo normal tem carga nula.

O átomo normal de carbono tem um núcleo com 6 prótons e 6 neutrons. Mas, nem todo carbono é assim.

Para começar, temos uma dificuldade. Se os prótons são cargas positivas e estão espremidos no núcleo, como é que as forças de repulsão entre eles (a força de Coulomb) não arrebenta o núcleo? A força de atração gravitacional é ridiculamente pequena para contrabalançar essa repulsão. Pois bem, acontece que existe outra força, a "força nuclear", também chamada pleonasticamente de "força forte", que atúa tanto nos prótons quanto nos neutrons dentro do núcleo, e que é fortemente atrativa, desde que as partículas estejam bem próximas umas das outras. Normalmente, em um núcleo, essas forças contrabalançam as forças elétricas de repulsão e o núcleo fica estável.

Antes, porém, é preciso que você conheça dois números importantes. O primeiro, chamado de número atômico e representado pela letra Z, é o número de prótons no núcleo. Portanto, o número atômico do carbono é 6, como vimos acima. O outro é o número total de partículas no núcleo, prótons mais neutrons, chamado de número de massa e representado pela letra A. Para o carbono, A=12. O símbolo de um elemento costuma ser apresentado com o número atômico de um lado e o número de massa do outro, um em cima e outro em baixo. O carbono, portanto, é 12C6.

Quem determina as propriedades químicas do elemento é o número atômico. Portanto, todo átomo de carbono tem de ter Z=6, senão não é carbono. No entanto, nem todo átomo de carbono tem A=12. Isto é, existem átomos de carbono que têm mais de 6 neutrons no núcleo. Átomos que têm o mesmo número atômico Z e diferentes números de massa A, são chamados de isótopos. Esse nome indica que esses átomos ocupam a mesma posição na tabela periódica dos elementos, já que pertencem ao mesmo elemento. Daí o nome - "isos" = mesmo, "topos" = lugar. Todo elemento químico tem isótopos, só que uns são muito mais frequentes na natureza que outros. O carbono com A=12 (ou carbono-12) é o isótopo natural do carbono: 99,9% dos átomos de carbono na Terra são carbono-12. Mas, uma fração pequenininha dos átomos de carbono tem dois neutrons a mais no núcleo. É o chamado carbono-14, importante na datação de material biológico, assunto muito interessante do qual tratarei em outra ocasião.