Sempre que falamos em "radiação", as pessoas logo fazem "cara feia",
"torcem o nariz" em uma manifestação de uma espécie de receio, ou
até mesmo por medo em relação ao que essa palavra significa. Porém, estas pessoas
provavelmente não sabem que estão
constantemente expostas aos
mais diversos tipos de radiação,
desde as consideradas "naturais" até aquelas "artificiais". Dentre
as "naturais", podemos destacar a denominada
radiação de fundo,
sendo que os seus principais geradores são o radônio, raios
cósmicos e nucleotídeos presentes no corpo (ex. carbono 14,
potássio-40)
Sem dúvida, a radiação é um fenômeno interessantíssimo, com diversas
aplicações nas mais diversas áreas do conhecimento. Na arqueologia, a
análise de compostos emissores de radiação tornou-se uma ferramenta muito importante na
determinação de dados sobre a idade, tanto de matéria viva ou não, em
especial, seres vivos que a muito tempo habitaram a Terra. O método
proposto por
Willard F. Libby (veja
foto ao lado) para usar a radiação do carbono 14 na datação foi
muito importante para a arqueologia avançar nos seus conhecimentos
sobre o passado.
Denomina-se radioatividade a atividade que certos átomos possuem de
emitir radiações eletromagnéticas e partículas de seus núcleos
instáveis com o propósito estabilizarem-se. Admite-se que a
estabilidade de um núcleo esteja relacionada com a relação entre o
número de prótons e nêutrons, de forma que:
Há mais de 50 anos era
descoberta a técnica de datação pelo carbono 14
Ganhador do premio
Nobel de Química em 1960, Willard F. Libby foi o
cientista que, em 1949, na revista Science, publicou um
artigo sobre a datação com radiocarbono. Três anos depois, ele
registrara em seu livro Radiocarbon Dating baseada no
carbono 14 - elemento essencial na composição dos organismos
vivos.
Libby nasceu em Grand Valley, Colorado, em 17 de dezembro de 1908.
Ele era um Físico-Químico especialista em
radiochemistry, química de átomo particularmente instáveis.
Ficou famoso na Universidade de Chicago para o trabalho dele em
natural carbono-14 (radiocarbon) e seu uso datando artefatos
arqueológicos, e tritium (isótopo do Hidrogênio) natural, e
seu uso em hidrologia e geofísica.
Saiba mais sobre o
cientista consultando o site do prêmio Nobel:
Com exceção do hidrogênio, que é um elemento estável mesmo sendo
destituído de nêutrons, os elementos entre o hélio (42He)
e e cálcio (4020Ca) são muito estáveis e
possuem, na relação de prótons e nêutrons o valor igual a 1. Á
medida que a relação assume valores maiores, a estabilidade começa a
ser comprometida e, quanto atinge-se o número de 83 prótons no
núcleo, nenhum número de nêutrons é capaz de neutralizá-lo. O
bismuto, (Z = 83) é o último elemento da tabela periódica que possui
isótopo estável, 20983Bi.
A datação por radiocarbono, ou
carbono-14
No início da década de 1990, um cadáver de homem pré-histórico foi
encontrado numa geleira próxima à fronteira entre a Itália e
Áustria. Seu estado de conservação era espantoso (havia
provavelmente sido desidratado por ventos frios antes de congelar).
Os cientistas usaram o método do carbono-14 para determinar que sua
morte ocorreu há cerca de 5.300 anos. Mas a questão é: porque?
relembrando...
A massa atômica ou a massa de um
átomo é dada pela seguinte relação:
A = Z + N
sendo
A = massa do átomo*
Z = número atômico, que é igual ao
número de prótons do núcleo,
N = número de nêutrons
* Perceba que o núcleo atômico é
responsável praticamente por toda a massa do átomo, tendo em vista
que a massa do elétron e comparação ao próton, por exemplo, é 1836
vezes menor.
Essa pergunta nos remete a uma análise de como o carbono-14,
radioativo, é formado e porque ele é utilizado na datação. Vamos
analisar a abundancia dos três isótopos de carbono existente na
natureza.
Isótopo
Abundância Natural
Radioativo?
126C
98,9%
Não
136C
1,1%
Não
146C
0,000001%
Sim
Os raios
cósmicos (ver mais
sobre ao lado), que vem do espaço sideral, atravessam a
atmosfera terrestre e arrancam nêutrons dos átomos do ar. Os
nêutrons têm uma meia-vida curta (certa de 13 min); a 17 km de
altitude a concentração de nêutrons é máxima; na superfície da
Terra, porém, chega a apenas 2,4 nêutron/cm².s. Com o oxigênio
do ar os nêutrons não reagem; com o nitrogênio porém há
reação:
Forma-se assim o carbono-14, radioativo (ver relação
próton/nêutron) e de
meia vida muito longa
(5.600 anos). Na
atmosfera o carbono-14 se "queima", transformando-se em CO2,
que é absorvido pelos vegetais (no processo de fotossíntese) e
daí passa para os animais.
O que são raios cósmicos?
Os raios cósmicos são partículas
sub-atômicas, com velocidades próximas à da luz (300.000
km/s), que preenchem todo o espaço cósmico e eventualmente
atingem a Terra.
Qual a composição dos raios
cósmicos?
Os raios cósmicos galáticos são
compostos aproximadamente de:
> 90% de prótons (núcleo do
átomo de hidrogênio)
> 7% de partículas alfa (núcleo
do átomo de Hélio)
> 1% de núcleos de Carbono,
Nitrogênio e Oxigênio (no. atômico entre 6-8)
>1% de elétrons e pósitrons (antipartícula
do elétron)
> 0,01% de raios gama (fótons de
alta energia)
>0,0001% de núcleos de elementos
pesados
A composição dos raios cósmicos
primários reflete, ainda que aproximadamente, a composição do
Universo. A composição dos raios cósmicos solares é diferente
e relacionada à abundância relativa dos elementos no Sol.
Partindo do pé-suposto que a quantidade de carbono-14
manteve-se constante nos últimos 20.000 anos, o teor de
carbono-14 também é constante nos vegetais e animais,
enquanto vivos
(cerca de 15 desintegrações por minuto e por grama de carbono
total).
No entanto, quando o vegetal ou animal morrem, cessa a absorção de
CO2 com carbono radioativo, e começa o decaimento do
carbono-14, de acordo com a equação:
Esse decaimento, assim, após 5.600 anos, a radioatividade cairá para
a metade. Desse modo, medindo a radioatividade residual do fóssil,
podemos calcular a sua idade. A grande dificuldade está no fato de
essa radioatividade ser muito fraca; são necessários, então
contadores de grande precisão e, ainda por cima, isolados da
influência dos raios cósmicos. que chegam constantemente à
superfície da Terra. Com esses cuidados, podemos efetuar datações de
até 40.000 anos, com erros da ordem de 200 anos.
Na caverna de
Lascaux (França) foram encontradas pinturas do homem
pré-histórico, que, por análise do carbono 14, revelaram ter
aproximadamente 16.000 anos.
Entendendo o
conceito de meia vida com um exemplo doméstico
Um exemplo caseiro pode apresentar, de forma simples, o
conceito de meia-vida: uma família de 4 pessoas tinha 4 kg de
açúcar para seu consumo normal. Logicamente, a função do
açúcar é adoçar o café, o refresco, bolos e sucos. Adoçar é a
atividade do açúcar, assim como a emissão de radiação é a
atividade dos elementos radioativos.
Por haver falta de açúcar no supermercado, foi preciso fazer
um racionamento, até a situação ser normalizada, da seguinte
forma: na primeira semana, foram consumidos 2 kg, metade da
quantidade inicial, e conseguiu-se. fazer dois bolos, um
pudim, refrescos, sucos, além de adoçar o café da manhã. Na
segunda semana, foi consumido 1 kg, metade da quantidade
anterior e ¼ da inicial. Aí, já não deu para fazer os bolos.
Na terceira semana, só foi possível adoçar os refrescos, sucos
e café, com os 500 gramas então existentes.
Procedendo da mesma forma, na décima semana restaram cerca de
4 g de açúcar, que não dariam para adoçar um cafezinho. Essa
quantidade de açúcar não faria mais o efeito de adoçar e nem
seria percebida. No exemplo citado, a meia-vida do açúcar é de
uma semana e, decorridas 10 semanas, praticamente não haveria
mais açúcar, ou melhor, a atividade adoçante do açúcar não
seria notada. No entanto, se, ao invés de 4 kg, a família
tivesse feito um estoque de 200 kg, após 10 meias-vidas, ainda
restaria uma quantidade considerável de açúcar.
Se o racionamento fosse de sal, a meia-vida do sal seria
maior, por que a quantidade de sal que se usa na cozinha é
muito menor do que a de açúcar. De fato, leva-se muito mais
tempo para gastar 4 kg de sal do que 4kg de açúcar, para uma
mesma quantidade de pessoas (consumidores).
fonte: Apostila
educativa: Radioatividade - CNEN Comissão Nacional de Energia
Nuclear
Um imenso detector construído no interior de uma antiga mina,
no Japão, obteve as primeiras evidências de que as partículas
elementares denominadas neutrinos, o contrário do que se
acreditava, têm massa.
Os neutrinos são produzidos em reações no interior das
estrelas e na atmosfera terrestre. A cada segundo, bilhões
passam através do nosso corpo sem que percebemos, pois eles
interagem muito pouco com a matéria.
O Superkamiokande, um detector neutrinos instalado sob uma
montanha japonesa, a um custo de U$$ 100 milhões, consiste em
um tanque da altura de um edifício de oito andares, contendo
50 mil toneladas de água. Alguns poucos neutrinos, entre os
bilhões que passam sem interagir, colidem com átomos da água
e, em geral, quando ocorre uma colisão, um elétron é atirado
para longe em altíssima velocidade. Essa é a vantagem do
grande tanque: na água, esse elétron veloz emite radiação (a
chamada radiação de Cherenkov), facilmente medida. Através da
medição os físicos podem calcular quantos neutrinos de cada
tipo passam pelo tanque durante certo intervalo de tempo.
Fonte:
Revista Ciência Hoje, n° 142, fevereiro de 1999, p.20.
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