O início da era nuclear e a descoberta da Radioatividade

O final do século XIX e início do século XX foram muito produtivos no que diz respeito às descobertas que envolveram a estrutura atômica. Sabemos que no início do século XIC surgiu o modelo de Dalton – o átomo imaginado como uma bolinha maciça e indivisível. Já no início do século XX, após as descobertas das partículas subatômicas – elétron, próton, nêutron – consagrou-se o modelo atômico de Rutherford-Bohr. Apesar de existirem, atualmente, modelos atômicos mais sofisticados, o modelo de Rutherford-Bohr é suficiente para  as explicações mais simples do comportamento atômico.

Modelo atômico de Rutherford-Bohr.

Modelo atômico atual.

No desenvolvimento histórico das explicações sobre a estrutura atômica, é importante destacar:

Em 1875, o físico inglês Willian Crookes (1832-1919) fez experiências com descargas elétricas em gases, a pressões baixíssimas e descobriu os chamados raios catódicos, que levaram a descoberta dos e elétrons.

Observa-se um feixe luminoso (raios catódicos) que parte do pólo negativo em direção ao pólo positivo.

Em 1895, o físico alemão Wilhelm Roentgen (1845-1923), introduziu modificações na ampola de  Crookes e conseguiu produzir os raios X (assim chamados porque eram de natureza desconhecida). Roentgen verificou também que os raios X tornavam fluorescentes ou fosforescentes certas substâncias. Por suas descobertas, Roentgen foi agraciado, em 1901, com o primeiro Prêmio Nobel de Física.

 A primeira radiografia da história, obtida por Roentgen.

Em 1896, o químico francês Henri Antoine Becquerel (1852-1908) procurou estudar o caminho inverso àquele observado por Roentgen, isto é, se as substâncias fluorescentes ou fosforescentes seriam também capazes de emitir por si próprias, os raios X. Ao usar o sulfato duplo de fosfato e uranila K2(UO2)(SO4)2, Becquerel verificou que, ainda que permanecesse no escuro por muitos dias (e, portanto, sem receber energia externa), essa substância conseguia emitir radiações que impressionavam chapas fotográficas mesmo quando envolvidas em papel preto. Sem dúvida, alguma emissão desconhecida estava saindo daquele sulfato, atravessando o papel e chegando até a chapa fotográfica. Essas emissões foram inicialmente chamadas de raios de Becquerel e posteriormente, de emissões radioativas ou radioatividade.

Reprodução do experimento de Becquerel.

Pouco tempo depois o casal Marie e Pierre Curie verificou que todos os sais de urânio apresentavam a propriedade de impressionar chapas fotográficas; concluiu-se, então, que o responsável pelas emissões era o próprio urânio. Extraindo e purificando o urânio do minério pechblenda (U3O8), proviniente da antiga Tchecoslováquia, o casal Curie verificou que as impurezas eram mais radioativas que o próprio urânio; dessas impurezas, eles separaram em 1898, um novo elemento químico – o polônio, 400 vezes mais radioativos do que o urânio. Novas separações e purificações feitas por Marie Curie levaram a descoberta do elemento químico radio, 900 vezes mais radioativo que o urânio. Sua forte radioatividade faz com que o metal rádio apresente temperatura ligeiramente superior a do ambiente e também o torna luminescente (azulado), quando no escuro; além disso o rádio torna fluorescentes várias substâncias, como ZnS, BaS, etc.

 Marie Sklodwaska Curie (1867-1934).

  Pierre Curie (1859-1906).

Com o avanço das pesquisas 1898, E. Rutherford descobriu as radiações alfa e beta, o que foi fundamental para a descoberta do seu modelo atômico em 1911 iniciando uma teoria que serviu como base para a explicação dos fenômenos radioativos.

Em 1934, o físico italiano Enrico Fermi bombardeou átomos de urânio com nêutrons (Descobertos por Chadwick) obtendo átomos maiores (Elementos Transurânicos).

Esse fato portanto não foi bem esclarecido por ele sendo melhor compreendido quando em 1938 os cientistas Otto Hahn e Strassmann repetindo a experiência de Fermi observou a presença de Bário na amostra radioativa. Fato este que foi explicado pelos cientistas Lise Meitner e Frisk que interpretaram como a quebra do núcleo de urânio (fissão nuclear) provocando a formação de átomos menores e nêutrons e liberando uma quantidade enorme de energia.

Em 1939 Fermi declarou ser possível uma reação nuclear em cadeia (nêutrons liberados na desintegração de U235 poderiam incidir em novos átomos vizinhos provocando novas desintegrações e assim sucessivamente) abrindo as portas para a produção em larga escala de energia a partir do processo de fissão transformando matéria em energia segundo a equação de Albert Einstein, E = mc2.

Assim, em 1942 o primeiro reator utilizando U235 começou a ser construído no Estados Unidos, reator esse que foi utilizado como base na fabricação da primeira bomba atômica. Em 6 de agosto de 1945 os EUA lançaram sobre a cidade de Hiroshima uma bomba atômica chamada Little Boy cuja potência era de aproximadamente 21 Kton ( 1Kton = 1000 Toneladas de TNT) matando aproximadamente 80.000 pessoas e ferindo cerca de 70.000, em 10 de agosto outra bomba foi lançada sobre a cidade de Nagasaki com saldo de 40.000 mortos e 30.000 feridos sendo que a grande maioria das pessoas envolvidas eram civis.

Outro processo para produção de energia é o que utiliza fusão nuclear, núcleos de átomos de hidrogênio se fundem produzindo helio e convertendo também uma parte da matéria em energia. Esse processo culminou com desenvolvimento em 1952 da primeira bomba de hidrogênio (fusão nuclear), muito mais potente que a bomba atômica (fi ssão nuclear). A bomba de hidrogênio tem uma potencia mínima de 10 Mton (1 Mton = 1.000.000 de toneladas de TNT) sendo que já foram testadas bombas com até 110Mton, poderosa sufi ciente para destruir qualquer metrópole mundial.

O desenvolvimento da tecnologia para aplicação da radioatividade pode produzir energia útil (usinas nucleares) ou artefatos bélicos levando a destruição de grande parte da humanidade o que nos leva a uma discussão ética sobre o seu uso.

Referências

FELTRE, Ricardo, 1928. Química. Ricardo Feltre. – 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. p. 364-366.