Radioatividade - o que é e como cai no ENEM e vestibulares

Certamente você já viu essa imagem icônica de um trifólio preto sobreposto a um fundo amarelo que parece gritar: perigo, radioatividade! Já se perguntou, no entanto, o que de fato é radioatividade? E, além disso, como um tema tão emblemático pode ser cobrado no ENEM ou em um vestibular?

Sendo sua resposta positiva, acredite, você está no lugar certo. Preparamos este artigo para esclarecermos essas questões e para que ele sirva de subsídio para você ter êxito em sua prova. Nossa intenção é apresentar elementos estratégicos de estudo, com intuito de sanar suas dúvidas e, consequentemente, antecipar o que pode cair nas provas.

Ao longo deste artigo, vamos desmistificar a radioatividade. Por isso, além de um apanhado histórico, falaremos dos conceitos fundamentais da radioatividade, dos principais tipos de radiação, bem como de suas aplicações no nosso dia a dia. Tudo isso, obviamente, sempre com vistas a abarcar o que os editais do ENEM e vestibulares costumam cobrar do assunto.

Vamos mergulhar nesse incrível mundo atômico e conhecer as leis que regem a radioatividade.

O que é Radioatividade?

Em palavras rápidas, radioatividade é a propriedade que certos núcleos atômicos instáveis possuem de emitir espontaneamente partículas e ondas eletromagnéticas para alcançar a estabilidade.

Note que na natureza tudo tende a achar um ponto de equilíbrio, isto é, o de maior estabilidade energética. É por essa mesma razão que a água sempre corre para os níveis mais baixos de um relevo. No nível atômico, embora as coisas possam parecer um tanto exóticas, ocorre algo semelhante.

Imagine um núcleo atômico com excesso de energia ou partículas. Esse excesso de energia cria instabilidade e é por isso que esse núcleo atômico acaba por liberar a energia adicional em forma de partículas ou ondas, que é o que se chama radiação. Importante lembrar que esse fenômeno é espontâneo e não pode ser acelerado ou retardado por fatores externos como temperatura ou pressão.

Um Breve Histórico e os Pais da Radioatividade:

• Wilhelm Conrad Röntgen descobriu os raios X em 1895. Já no ano seguinte, 1986, o físico francês Henri Becquerel investigava a relação entre os raios X e a fosforescência. Ao deixar um sal de urânio em cima de uma chapa fotográfica guardada em uma gaveta escura, ele descobriu que o urânio havia deixado uma marca na placa fotográfica. Concluiu, portanto, que o urânio emitia alguma espécie de radiação espontaneamente.
• Na sequência, o casal Marie Curie e Pierre Curie conseguiu isolar dois novos elementos, inclusive mais radioativos que o urânio. Esses elementos foram o polônio (chamado assim em homenagem à Polônia, país natal de Marie) e o outro o rádio, por ter brilho intenso. Também foi o casal Curie que cunhou o termo “radioatividade”. Interessante notar que Marie Curie se tornou a primeira mulher a ganhar dois Prêmios Nobel em áreas científicas distintas – Física e Química – por seu trabalho.
• Mais tarde, o físico neozelandês, Ernest Rutherford, foi quem descobriu e nomeou os principais tipos de radiação, quais sejam: Alfa (α), Beta (β) e Gama (γ). Ele conseguiu esse feito através de experimentos com campos elétricos e magnéticos.

Tipos de Radioatividade

Após o rápido apanhado histórico sobre a descoberta da radioatividade visto acima, vamos agora nos aprofundar em seus diferentes tipos. A radioatividade se manifesta principalmente através da emissão de três tipos de radiação, cada uma com propriedades distintas. Conhecer essas características é crucial para resolver questões em sua prova de ENEM ou vestibular.

1. Radiação Alfa (α): também conhecida como raios alfa ou partículas alfa.
   • É uma radiação composta por 2 prótons e 2 nêutrons, isto é, íons de Núcleos de Hélio, íons He²⁺.
   • Tem como características a carga positiva (+2), alto poder de ionização, mas baixo poder de penetração. Uma folha de papel ou a camada mais externa da pele é suficiente para detê-la.
   • Exemplo Prático: Usada em detectores de fumaça domésticos.
2. Radiação Beta (β):
   • É a emissão de elétrons (β⁻) ou pósitrons (β⁺) a partir do núcleo atômico. Ocorre quando um nêutron se transforma em um próton (emitindo β⁻) ou vice-versa (emitindo β⁺).
   • Apresenta como características a carga negativa (β⁻) ou positiva (β⁺), poder de ionização médio e poder de penetração médio. Uma placa de alumínio de alguns milímetros pode detê-la.
   • Exemplo Prático: Controle de espessura de papéis e plásticos na indústria.
3. Radiação Gama (γ):
   • Diferente das anteriores, a radiação gama não consiste na emissão de partículas, mas na emissão de ondas eletromagnéticas de alta energia, sem massa (daí não serem partículas) e sem carga.
   • Os raios gama têm como características o alto poder de penetração e baixo poder de ionização. Para sua blindagem, são necessárias grossas camadas de chumbo ou concreto.
   • Exemplo Prático: Esterilização de equipamentos médicos e alimentos (processo chamado de radiosterilização).

Acesse o vídeo do Prof. Michel e saiba mais sobre tipos de radiação de forma clara e prática.

Quais são as Leis da Radioatividade?

Agora que já conhecemos os tipos de radiação, vamos nos familiarizar com as leis da radioatividade. Essas leis foram propostas por Rutherford e Soddy e descrevem o comportamento dos elementos durante o decaimento radioativo. Não se preocupe, por enquanto, com o que é decaimento radioativo, pois já veremos isso na sequência. Por hora, fixemos nossa atenção nas duas leis da radioatividade.

• Primeira Lei (lei do decaimento alfa α): Quando um átomo emite uma partícula α, seu número atômico (Z) diminui 2 unidades e seu número de massa (A) diminui 4 unidades. Por que isso ocorre? Notem que acima falamos que a emissão alfa consistia na emissão de 2 prótons e 2 nêutrons. Assim, por consequência, como o átomo perde prótons e nêutrons fica evidente que o número atômico (Z) que é seu identificador cai e perde massa. Mais informações sobre identidade de um elemento químico em Tabela Periódica.

Segunda Lei (lei do decaimento beta β): quando um átomo emite uma partícula β, seu número atômico (Z) aumenta 1 unidade, e o número de massa (A) permanece o mesmo.

Vimos acima que a radiação gama não causa mudança na identidade do núcleo, pois apenas perde energia, mas não emite partículas.

E Como Ocorre o Decaimento Radioativo?

O decaimento radioativo é a transformação de um núcleo instável (pai) em um núcleo mais estável (filho), com emissão de radiação.

Note que o decaimento radioativo é um processo probabilístico e espontâneo. A velocidade de desintegração é proporcional ao número de átomos radioativos presentes na amostra.

Exemplo 1: Decaimento Alfa do Urânio-238
O Urânio-238 (₉₂U²³⁸) emite uma partícula α (₂He⁴). Aplicando a Primeira Lei:

• Como o urânio tem número atômico 92 e, ao perder 2 unidades atômicas, consequentemente teremos o elemento químico de número 90 que é o Tório.
• Novo número atômico (Z): 92 – 2 = 90 (elemento Tório).
• E relação à massa, seguindo a primeira lei que diz que diminui em 4 unidades, o novo número de massa será (A): 238 – 4 = 234.
• Equação: ₉₂U²³⁸ → ₉₀Th²³⁴ + ₂He⁴

Exemplo 2: Decaimento Beta do Carbono-14
O Carbono-14 (₆C¹⁴) é usado na datação de fósseis. Um nêutron se transforma em um próton, emitindo um elétron (β⁻).

• Note que um assim que o nêutron se transforma em um próton o número atômico (Z) aumenta em uma unidade, indo de 6 para 7, logo, o elemento deixa de ser carbono e se transforma em nitrogênio.
• Novo número atômico (Z): 6 + 1 = 7 (elemento Nitrogênio).
• Já o número de massa não altera, como visto acima, na segunda lei da radioatividade. Logo, o número de massa (A): 14 (permanece o mesmo).
• Equação: ₆C¹⁴ → ₇N¹⁴ + ₋₁e⁰ (o elétron beta é representado por ₋₁e⁰)

Meia-vida de um elemento radioativo é o mesmo que decaimento?

Não, não é a mesma coisa. O decaimento, como acabamos de falar, é a transformação de um núcleo instável em um núcleo mais estável através da perda de partículas ou energia, isto é, emissão de radiação.

Já a meia-vida de um elemento radioativo é o tempo necessário para que metade de um elemento radioativo se reduza à metade, isto é, metade desse elemento já não será mais radioativo.

Esse processo também é conhecido como semidesintegração. Note, pois, que após o transcurso desse tempo o material radioativo restante será apenas a metade da inicial, daí chamar-se meia-vida.

O tempo necessário para que a metade dos átomos de uma amostra radioativa sofra decaimento não é único. É uma constante característica de cada isótopo radioativo, portanto.

Há elementos com meia-vida bem curtas, outros, bem longa. Vejamos alguns exemplos:

O carbono-15 tem meia-vida de só 2,4 segundos. Já o carbono-14 é de 5.730 anos, daí ser tão útil na datação em estudos paleontológicos. O césio-137 tem meia vida de 30,17 anos. E o urânio-235 tem meia-vida bem longa, aproximadamente 703,8 milhões de anos.

Como se pode ver, rejeitos radioativos que contenham resquícios de Urânio-235 de fato podem ser um grande problema, justamente por sua meia-vida longa. Podendo causar danos ambientais por até milhões de anos.

Aplicações da Radioatividade no Cotidiano

O uso de substâncias radioativas vai muito além da construção de uma bomba atômica. Podemos, por exemplo, citar sua utilização nas seguintes atividades:

• Medicina: Procedimentos de radioterapia para tratamento de câncer; radiofármacos para diagnóstico por imagem (como o Tecnécio-99m).
• Agricultura: Técnicas de irradiação para conservação de alimentos e controle de pragas.
• Indústria: Radiografia para verificação de soldas e estruturas; medição de espessuras.
• Energia: Geração de energia elétrica em usinas nucleares, uma fonte de baixa emissão de gases de efeito estufa.

Riscos e Impactos Ambientais

Vimos que a característica natural de alguns elementos químicos emitirem radiação pode ser explorada em diferentes áreas da atividade humana. O manejo incorreto de materiais radioativos, contudo, pode levar a acidentes graves com contaminação do solo e da água, como em Chernobyl, na Rússia (1986) e Fukushima, Japão (2011).

A exposição à radiação pode causar desde queimaduras até doenças graves como câncer e danos genéticos irreparáveis. Não por menos o símbolo da radioatividade, de que falamos logo no início deste artigo, é universalmente reconhecido como um alerta de perigo.

O lixo radioativo (rejeitos), por essa razão, deve ser armazenado e isolado de forma apropriada e com segurança. Os rejeitos radioativos costumam ficar isolados até que seu nível de radiação seja igual ou inferior ao do próprio meio ambiente, justamente para que não apresentem mais toxidade química aos organismos vivos.

Como o Tema Radioatividade é Cobrado no Enem e Vestibulares?

A radioatividade é um tópico frequente nesse tipo de provas, e as questões costumam ser interdisciplinares, envolvendo Química, Física e Biologia. As bancas buscam avaliar se você compreende o conceito, e não apenas decorar fórmulas.

Nesse sentido, pode-se dizer que as abordagens mais comuns são:

1. Completar equações de decaimento radioativo aplicando as Leis de Soddy-Rutherford, conforme vimos acima.
2. Cálculos envolvendo meia-vida (P) para datação de fósseis (Carbono-14) ou determinação da idade de rochas.
3. Análise de gráficos de decaimento radioativo.
4. Questões contextuais sobre aplicações benéficas ou acidentes nucleares, relacionando ciência, tecnologia e sociedade.

Exemplo de Questão Estilo Enem:
(Enem/2015) O carbono-14, ¹⁴C, é um isótopo radioativo natural do carbono que se forma na atmosfera pela ação de nêutrons cósmicos. Esse isótopo decai pela emissão de uma partícula beta, transformando-se no nitrogênio-14, ¹⁴N, com uma meia-vida de 5.730 anos. A datação por carbono-14 é uma ferramenta importante para a determinação da idade de fósseis.

A equação nuclear que representa o decaimento do carbono-14 é:
a) ¹⁴C → ¹⁴N + ₋₁β⁰
b) ¹⁴C → ¹⁴B + ₊₁β⁰
c) ¹⁴C → ¹⁵N + ₋₁β⁰
d) ¹⁴C → ¹³N + ₊₁β⁰
e) ¹⁴C → ¹²C + ₂He⁴

Resposta Correta: A. A emissão beta (β⁻) transforma um nêutron em um próton, aumentando o número atômico de 6 (C) para 7 (N), sem alterar o número de massa.

Mais um exemplo de questão estilo ENEM

(ENEM/2022) As usinas nucleares utilizam o princípio da fissão nuclear para gerar energia elétrica. Dentro do reator, nêutrons colidem com átomos de urânio, que se dividem em dois novos átomos, liberando de dois a três nêutrons do núcleo, em uma reação em cadeia. Esse processo libera muito calor, que é utilizado para gerar energia. Porém, é necessário um sistema de arrefecimento para evitar uma explosão. Para isso, a água captada de fontes naturais circula em um sistema fechado e depois volta para o meio ambiente.

Caso esse sistema não ocorra de maneira adequada, será gerado um impacto negativo porque:

A) produzirá gases tóxicos.

B) diminuirá a reserva hídrica local.

C) aquecerá os sistemas aquáticos.

D) aumentará a disponibilidade de nutrientes.

E) permitirá a contaminação por micro-organismos.

Ao se ler com atenção a questão, nota-se que a resposta praticamente já nos é dada, pois fala de sistema de arrefecimento das instalações da usina. Se o processo de arrefecimento não é bem executado, devolverá água aquecida para o meio ambiente, podendo prejudicar a vida aquática nas cercanias. Logo, resposta correta letra C.

Exemplo de questão de vestibular

(Ufrgs 2018) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Quando um núcleo de urânio ²³⁸U₉₂ absorve um nêutron, forma-se o núcleo ²³⁹U₉₂, que é radioativo com meia-vida de 24 minutos.

Núcleos de urânio ²³⁹U₉₂ emitem radiação ___, transformando-se em núcleos de netúnio ²³⁹Np₉₃. Esse isótopo de netúnio também é radioativo com meia-vida de 2,3 dias.

Ao emitirem radiação ___, os núcleos de netúnio ²³⁹Np₉₃ transformam-se em núcleos de plutônio ²³⁹Pu₉₄, cuja meia-vida é cerca de 24.000 anos.

A) α-β

B) α-γ

C) β-α

D) β-β

E) β-γ

Como visto acima, conforme a segunda lei da radioatividade, as emissões beta (β) aumentam o número atômico. Nos dois enunciados notamos que o número atômico aumenta. No primeiro de U₉₂ para Np₉₃ e no segundo de Np₉₃ para Pu₉₄. Por conseguinte, estamos falando de radiação beta. Alternativa correta letra D.

Dúvidas Frequentes sobre Radioatividade

Qual é a importância da radioatividade?
A radioatividade é fundamental para a vida na Terra. Em torno de 50% do calor da Terra é mantido por decaimento radioativo, fundamental para a dinâmica interna do nosso planeta. Tendo inclusive relação com o campo eletromagnético da Terra que nos protege da radiação solar e inclusive interestelar, também chamada de radiação cósmica.

Além disso, como ilustrado acima, a radioatividade é utilizada tanto na medicina para diagnósticos e tratamentos de cânceres. Também é utilizada na produção de energia, principalmente em regiões ou países com pouco potencial hidrelétrico. A radioatividade ainda é importante na indústria, principalmente para detecção de falhas na produção de determinadas peças ou estruturas mais sensíveis. A radioatividade é uma ferramenta útil para avanços na pesquisa científica.

O que são elementos radioativos?
São elementos químicos que possuem pelo menos um isótopo com núcleo instável, passível de sofrer decaimento radioativo espontâneo em busca de estabilidade energética. Exemplos: Urânio (U), Rádio (Ra), Polônio (Po), Césio-137 (Cs-137), Cobalto-60 (Co-60).

O micro-ondas e o celular são radioativos?
Não. Eles não são radioativos, pois emitem apenas radiação eletromagnética, mas não do tipo ionizante (como a radiação gama ou raios-X). A radiação do micro-ondas e do celular é de baixa energia e não é capaz de remover elétrons dos átomos. Portanto, embora seja uma espécie de radiação, não é o tipo que é designado como radioatividade e que pode ter potencial lesivo para o ser humano.

Preparação Estratégica para a Prova

Dominar a radioatividade química e física exige mais do que leitura; exige prática. Para consolidar todo esse conhecimento e aprender a aplicá-lo nos formatos de questão do Enem e vestibulares, a metodologia certa faz toda a diferença.

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Conclusão

A radioatividade é, sem dúvida, um dos pilares da ciência moderna. Compreender seus fundamentos – desde o que é e os tipos de radioatividade até suas leis, aplicações e riscos – não é apenas uma necessidade para se sair bem no ENEM e nos vestibulares, mas também um instrumento para formar uma visão crítica sobre um tema tão relevante para a sociedade.

Esperamos que este guia tenha clareado suas dúvidas e servido como um mapa para seus estudos. Agora, é colocar a mão na massa, praticar com questões e conquistar sua vaga na universidade! Nos vemos no próximo artigo, até mais!