Química nuclear: história, campo de estudo, áreas, aplicações

A química nuclear é um ramo da química que estuda as propriedades e transformações dos núcleos atômicos, bem como as interações entre partículas nucleares. Surgiu no início do século XX, com a descoberta da radioatividade e a compreensão dos processos de fissão e fusão nuclear.

O campo de estudo da química nuclear abrange diversas áreas, como a física nuclear, a medicina nuclear, a engenharia nuclear, a geoquímica e a astrofísica. Suas aplicações são vastas, sendo utilizada em diversas áreas, como na produção de energia em usinas nucleares, na medicina para diagnósticos por imagem e tratamentos de doenças, na datação de materiais arqueológicos e geológicos, na análise de elementos químicos e na pesquisa científica. A química nuclear desempenha um papel fundamental na compreensão da estrutura e comportamento dos átomos, contribuindo para o avanço da ciência e tecnologia.

Principais usos da química nuclear na atualidade: descubra suas diversas aplicações e benefícios.

A química nuclear é uma área da ciência que estuda as propriedades e comportamento dos núcleos atômicos, bem como suas interações e transformações. Com o avanço da tecnologia, a química nuclear tem se tornado cada vez mais importante em diversas áreas da sociedade, trazendo benefícios significativos para a humanidade.

Um dos principais usos da química nuclear na atualidade é a geração de energia elétrica em usinas nucleares. A fissão nuclear é o processo utilizado para gerar energia a partir da quebra de núcleos atômicos, liberando grande quantidade de calor que é convertido em eletricidade. Esse método é considerado uma fonte de energia limpa e sustentável, contribuindo para a redução da emissão de gases de efeito estufa e para a diversificação da matriz energética.

Além da geração de energia, a química nuclear também é utilizada na medicina, principalmente na área de diagnóstico e tratamento de doenças. A tomografia por emissão de pósitrons (PET), por exemplo, é uma técnica que utiliza radiofármacos para detectar alterações no metabolismo celular, auxiliando no diagnóstico precoce de câncer e outras enfermidades. Já a radioterapia emprega radiações ionizantes para destruir células cancerígenas, sendo essencial no combate ao câncer.

Outro uso importante da química nuclear é na agricultura, através da técnica de irradiação de alimentos. Esse processo é utilizado para eliminar microrganismos patogênicos e insetos presentes nos alimentos, prolongando sua vida útil e garantindo a segurança alimentar. Além disso, a irradiação de sementes pode gerar variedades de plantas mais resistentes a pragas e doenças, contribuindo para o aumento da produtividade agrícola.

Em resumo, a química nuclear possui diversas aplicações e benefícios na atualidade, desde a geração de energia até a medicina e a agricultura. Seu uso responsável e controlado tem o potencial de melhorar a qualidade de vida das pessoas e promover o desenvolvimento sustentável em diferentes áreas. É fundamental continuar investindo em pesquisas e tecnologias nesse campo, visando aproveitar ao máximo o potencial da química nuclear para o bem da sociedade.

Principais usos da energia nuclear: quais são suas principais aplicações?

A energia nuclear é utilizada principalmente na geração de eletricidade, sendo uma fonte de energia limpa e de baixa emissão de gases de efeito estufa. As usinas nucleares produzem calor através da fissão nuclear, que é usada para gerar vapor e movimentar turbinas que acionam geradores de eletricidade. Além disso, a energia nuclear também é empregada em aplicações medicinais, como tratamentos de câncer e esterilização de equipamentos médicos.

Outros usos da energia nuclear incluem a propulsão de submarinos e navios, a produção de isótopos radioativos para a indústria e a agricultura, a geração de calor para processos industriais e até mesmo a dessalinização da água do mar. A tecnologia nuclear tem um papel importante em diversas áreas, contribuindo para o desenvolvimento sustentável e para a melhoria da qualidade de vida da população.

Principais aplicações da Física Nuclear: conheça suas diversas utilizações em diferentes áreas científicas.

A Física Nuclear é uma área da física que estuda os núcleos atômicos e as interações nucleares. Suas aplicações são vastas e impactam diversas áreas científicas, proporcionando avanços tecnológicos e contribuindo para o desenvolvimento da sociedade.

Uma das principais aplicações da Física Nuclear é a geração de energia nuclear. A fissão nuclear é utilizada em usinas nucleares para produzir eletricidade de forma eficiente e sustentável. Além disso, a medicina nuclear é outra área importante, onde técnicas como a tomografia por emissão de pósitrons (TEP) e a cintilografia são utilizadas para diagnósticos precisos e tratamentos de diversas doenças.

Na indústria, a Física Nuclear é empregada em técnicas de análise de materiais, como a espectroscopia de raios X e a fluorescência de raios X, que permitem identificar elementos químicos e suas concentrações em amostras. Já na pesquisa científica, a Física Nuclear contribui para o estudo da estrutura da matéria e das interações fundamentais, ampliando nosso conhecimento sobre o universo.

Outras aplicações importantes da Física Nuclear incluem a datação por carbono-14 em arqueologia e geologia, a esterilização de alimentos e materiais médicos por radiação, e a análise de isótopos para monitoramento ambiental e investigações forenses. Sua versatilidade e precisão fazem da Física Nuclear uma ferramenta fundamental em diversas áreas do conhecimento.

Descubra as diversas utilidades da radioatividade em diferentes áreas científicas e tecnológicas.

A Química nuclear é um ramo da Química que estuda as propriedades e comportamentos dos núcleos atômicos. A história da Química nuclear remonta ao início do século XX, com a descoberta da radioatividade por Henri Becquerel, Marie Curie e Pierre Curie. Desde então, a Química nuclear tem evoluído e se expandido para diversas áreas de estudo e aplicações.

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As áreas de estudo da Química nuclear incluem a radioatividade, a fissão nuclear, a fusão nuclear e a transmutação nuclear. A radioatividade é o fenômeno no qual os núcleos instáveis emitem partículas e radiação para se tornarem mais estáveis. A fissão nuclear é o processo no qual um núcleo pesado se divide em núcleos menores, liberando uma grande quantidade de energia. A fusão nuclear é o processo no qual núcleos leves se combinam para formar um núcleo mais pesado, também liberando energia. A transmutação nuclear é a transformação de um elemento químico em outro por meio de reações nucleares.

As aplicações da Química nuclear são vastas e abrangem diversas áreas científicas e tecnológicas. Na Medicina, a radioatividade é utilizada em exames de imagem, tratamentos de câncer e esterilização de materiais médicos. Na Agricultura, a radiação é empregada para melhorar a produção de alimentos e controlar pragas. Na Indústria, a radiografia é usada para inspecionar soldas e detectar falhas em equipamentos. Na Energia, a fissão nuclear é utilizada para gerar eletricidade em usinas nucleares.

Em resumo, a Química nuclear desempenha um papel fundamental em diversas áreas da ciência e da tecnologia, proporcionando benefícios significativos para a sociedade. A radioatividade tem aplicações importantes e diversificadas, contribuindo para o avanço do conhecimento e o desenvolvimento de novas tecnologias.

Química nuclear: história, campo de estudo, áreas, aplicações

A química nuclear é o estudo de alterações nas propriedades dos produtos de fenómenos de matéria ocorreu em núcleos de átomos; Não estuda a maneira pela qual seus elétrons interagem ou se ligam a outros átomos do mesmo ou de diferentes elementos.

Esse ramo da química se concentra nos núcleos e energias liberados quando eles adicionam ou perdem algumas de suas partículas; que são chamados de núcleons e que, para fins químicos, consistem essencialmente em prótons e nêutrons.

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Trevo radioativo. Fonte: Pixabay

Muitas reações nucleares consistem em uma mudança no número de prótons e / ou nêutrons, o que resulta na transformação de um elemento em outro; sonho antigo dos alquimistas, que tentaram inutilmente converter chumbo metal em ouro.

O que foi dito acima é talvez a característica mais surpreendente das reações nucleares. No entanto, essas transformações liberam enormes quantidades de energia, além de partículas aceleradas que conseguem penetrar e destruir a matéria ao seu redor (como o DNA de nossas células), dependendo da energia associada.

Ou seja, em uma reação nuclear são liberados diferentes tipos de radiação e, quando um átomo ou isótopo libera radiação, é dito que é radioativo (radionuclídeos). Alguma radiação pode ser inofensiva e até benigna, usada para combater células cancerígenas ou estudar o efeito farmacológico de certos medicamentos por marcação radioativa.

Outras radiações, por outro lado, são destrutivas e mortais com o mínimo de contato. Infelizmente, várias das piores catástrofes da história carregam consigo o símbolo da radioatividade (trevo radioativo, imagem de cima).

Das armas nucleares aos episódios de Chernobyl e a desgraça dos resíduos radioativos e seus efeitos na vida selvagem, existem muitos desastres causados ​​pela energia nuclear. Por outro lado, a energia nuclear garantiria a independência de outras fontes de energia e os problemas de poluição que elas acarretam.

Seria (provavelmente) energia limpa, capaz de alimentar as cidades por uma eternidade, e a tecnologia excederia seus limites terrestres.

Para conseguir tudo isso com o menor custo humano (e planetário), são necessários programas e esforços científicos, tecnológicos, ecológicos e políticos para “domar” e “imitar” a energia nuclear de maneira segura e benéfica para a humanidade e seu crescimento. enérgico

História da química nuclear

Amanhecer

Deixando no passado os alquimistas e a pedra filosofal (embora seus esforços tenham produzido frutos de importância vital para a compreensão da química), a química nuclear nasceu quando o que era conhecido por radioatividade foi detectado pela primeira vez.

Tudo começou na descoberta de raios-X por Wilhelm Conrad Röntgen (1895), na Universidade de Wurzburg. Ele estudou os raios catódicos quando percebeu que estes originavam uma estranha fluorescência, mesmo com o aparelho desligado, capaz de transferir o papel preto opaco que cobria os tubos nos quais os experimentos eram realizados.

Henri Becquerel, motivado pelas descobertas dos raios X, projetou seus próprios experimentos para estudá-los a partir de sais fluorescentes, que obscureciam as placas fotográficas, protegidas por papel preto, quando eram excitadas pela luz do sol.

Ele se viu acidentalmente (já que o tempo em Paris estava nublado na época), que os sais de urânio obscureciam as placas fotográficas, independentemente da fonte de luz que as afetava. Ele concluiu então que havia encontrado um novo tipo de radiação: radioatividade.

Obras dos cônjuges Curie

O trabalho de Becquerel serviu de fonte de inspiração para Marie Curie e Pierre Curie se aprofundarem no fenômeno da radioatividade (termo cunhado por Marie Curie).

Assim, eles procuraram outros minerais (além dos de urânio) que também apresentavam essa propriedade, achando que o mineral pechblende é ainda mais radioativo e, portanto, deve possuir outras substâncias radioativas. Como Ao comparar as correntes elétricas geradas pela ionização das moléculas gasosas ao redor das amostras.

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O mineral Pechblende extraiu, após anos de trabalho duro de medições e extrações radiométricas, os elementos radioativos radio (100 mg de uma amostra de 2000 kg) e polônio. Além disso, Curie determinou a radioatividade do elemento tório.

Infelizmente, então os efeitos nocivos dessa radiação começaram a ser descobertos.

As medições de radioatividade foram facilitadas com o desenvolvimento do contador Geiger (tendo Hans Geiger como co-inventor do dispositivo).

Fracionamento do núcleo

Ernest Rutherford observou que cada radioisótopo tinha seu próprio tempo de decaimento, independente da temperatura, e que variava com a concentração e as características dos núcleos.

Ele também mostrou que esses decaimentos radioativos obedecem a uma cinética de primeira ordem, cuja meia-vida ( t 1/2 ) ainda é muito útil hoje. Assim, cada substância que emite radioatividade tem um t 1/2 diferente , que varia de segundos, dias a milhões de anos.

Além de tudo isso, ele propôs um modelo atômico seguindo os resultados de suas experiências irradiando uma folha muito fina de ouro com partículas alfa (núcleos de hélio). Trabalhando novamente com partículas alfa, ele conseguiu a transmutação de átomos de nitrogênio em átomos de oxigênio; isto é, ele conseguiu converter um elemento em outro.

Ao fazer isso, foi demonstrado imediatamente que o átomo não era indivisível e muito menos quando foi bombardeado por partículas aceleradas e nêutrons “lentos”.

Campo de estudo

Prática e teoria

Aqueles que decidem se render aos especialistas em química nuclear podem optar por vários campos de estudo ou pesquisa, além de diferentes campos de trabalho. Como muitos ramos da ciência, eles podem se envolver na prática ou na teoria (ou ambas ao mesmo tempo) em seus campos correspondentes.

Um exemplo cinematográfico é visto em filmes de super-heróis, onde os cientistas conseguem que um indivíduo adquira super poderes (como Hulk, o Quarteto Fantástico, Homem-Aranha e Doutor Manhattan).

Na vida real (pelo menos superficialmente), os químicos nucleares procuram projetar novos materiais capazes de suportar a enorme resistência nuclear.

Esses materiais, como a instrumentação, devem ser indestrutíveis e especiais o suficiente para isolar a emissão de radiação e as enormes temperaturas desencadeadas no início das reações nucleares; especialmente os de fusão nuclear.

Em teoria, eles podem projetar simulações para estimar primeiro a viabilidade de certos projetos e como melhorá-los com o menor custo e impacto negativo; ou modelos matemáticos que permitem desvendar os mistérios pendentes do núcleo.

Eles também estudam e propõem maneiras de armazenar e / ou tratar resíduos nucleares, uma vez que leva bilhões de anos para se decompor e é altamente poluente.

Trabalhos típicos

Abaixo está uma breve lista dos trabalhos típicos que um químico nuclear pode fazer:

-Eles conduzem pesquisas em laboratórios governamentais, industriais ou acadêmicos.

-Eles processam centenas de dados através de pacotes estatísticos e análises multivariadas.

-Eles dão aulas nas universidades.

-Desenvolver fontes seguras de radioatividade para várias aplicações que envolvam o público em geral ou para uso em dispositivos aeroespaciais.

-Projetar técnicas e dispositivos que detectem e monitorem a radioatividade no ambiente.

-Eles garantem que nos laboratórios as condições são ótimas no manuseio do material radioativo; que eles conseguem manipular mesmo usando braços robóticos.

-Como técnicos, eles mantêm dosímetros e coletam amostras radioativas.

Áreas de atuação

A seção anterior descreveu em termos gerais quais são as tarefas de um químico nuclear em seu local de trabalho. Agora, um pouco mais é especificado sobre diferentes áreas nas quais o uso ou estudo de reações nucleares está presente.

Radioquímica

Na radioquímica, o próprio processo de radiação é estudado. Isso significa que considera todos os radioisótopos em profundidade, bem como seu tempo de decaimento, a radiação que liberam (alfa, beta ou gama), seu comportamento em diferentes ambientes e suas possíveis aplicações.

Talvez essa seja a área da química nuclear que mais avançou hoje em comparação com as outras. Ele foi contratado para usar radioisótopos e doses moderadas de radiação de maneira inteligente e amigável.

Energia nuclear

Nesta área, os químicos nucleares, juntamente com pesquisadores de outras especialidades, estudam e projetam métodos seguros e controláveis ​​para aproveitar a energia nuclear resultante da fissão dos núcleos; isto é, seu fracionamento.

Da mesma forma, propõe-se fazer o mesmo com as reações de fusão nuclear, como aqueles que gostariam de domar pequenas estrelas que contribuem com sua energia; com o impedimento de que as condições sejam avassaladoras e não haja material físico capaz de resistir a elas (imagine cercar o sol em uma gaiola que não é fundada pelo calor intenso).

A energia nuclear pode muito bem ser usada para fins de caridade, ou para fins militares, no desenvolvimento de mais armamentos.

Armazenamento e resíduos

O problema que o lixo nuclear representa é muito sério e ameaçador. É por esse motivo que nesta área eles se dedicam a elaborar estratégias para “aprisioná-los” de tal maneira que a radiação que emitem não passa pela sua concha de contenção; peitoral, que deve ser capaz de suportar terremotos, inundações, altas pressões e temperaturas, etc.

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Radioatividade artificial

Todos os elementos transurânicos são radioativos. Eles foram sintetizados por diferentes técnicas, incluindo: o bombardeio de núcleos com nêutrons ou outras partículas aceleradas.

Para isso, foram utilizados aceleradores lineares ou ciclotrons (em forma de D). Dentro deles, as partículas aceleram a velocidades próximas às da luz (300.000 km / s) e colidem com um alvo.

Assim, vários elementos radioativos artificiais nasceram e sua abundância na Terra é zero (embora possam existir naturalmente nas regiões do Cosmos).

Em alguns aceleradores, o poder das colisões é tal que ocorre um colapso da matéria. Analisando os fragmentos, que mal podem ser detectados devido à sua curta vida útil, o compêndio de partículas atômicas é mais conhecido.

Aplicações

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Torres de resfriamento de uma usina nuclear. Fonte: Pixabay

A imagem acima mostra duas torres de resfriamento características de usinas nucleares, cuja usina pode alimentar uma cidade inteira de energia elétrica; por exemplo, a fábrica de Springfield, onde Homer Simpson trabalha, e da qual o Sr. Burns é dono.

Em seguida, as usinas nucleares usam a energia liberada pelos reatores nucleares para atender a uma necessidade energética. Esta é a aplicação ideal e promissora da química nuclear: energia ilimitada.

Ao longo do artigo, foi mencionada, implicitamente, inúmeras aplicações da química nuclear. Outras aplicações não tão óbvias, mas presentes na vida cotidiana, são as seguintes.

Remédio

Uma técnica para esterilizar o material cirúrgico é irradiá-lo com radiação gama. Destrói completamente os microorganismos que eles podem abrigar. Como o processo é frio, certos materiais biológicos, sensíveis a altas temperaturas, também podem ser submetidos a essas doses de radiação.

O efeito farmacológico, a distribuição e a eliminação dos novos medicamentos são avaliados pelo uso de radioisótopos. Com um detector de radiação emitida, você pode ter uma imagem real da distribuição da droga no corpo.

Esta imagem permite determinar por quanto tempo a droga atua em um determinado tecido; se não absorver adequadamente, ou se permanecer dentro por mais tempo do que o adequado.

Conservação de alimentos

Da mesma forma, os alimentos armazenados podem ser irradiados com uma dose moderada de radiação gama. É responsável por eliminar e destruir bactérias, mantendo os alimentos comestíveis por mais tempo.

Por exemplo, um pacote de morangos pode ser mantido fresco após quinze dias de armazenamento usando essa técnica. A radiação é tão fraca que não penetra na superfície dos morangos; e, portanto, eles não são contaminados, nem se tornam “morangos radioativos”.

Detectores de fumaça

Dentro dos detectores de fumaça, existem apenas alguns miligramas de amerício ( 241 horas). Esse metal radioativo nessas quantidades exibe radiação inofensiva às pessoas presentes sob os telhados.

O 241 Am emite partículas alfa e raios gama de baixa energia, sendo esses raios capazes de escapar do detector. As partículas alfa ionizam as moléculas de oxigênio e nitrogênio no ar. Dentro do detector, uma diferença de tensão coleta e ordena os íons, produzindo uma leve corrente elétrica.

Os íons acabam em diferentes eletrodos. Quando o fumo entra na câmara interna do detector, ele absorve as partículas alfa e a ionização do ar é interrompida. Consequentemente, a corrente elétrica para e um alarme é ativado.

Eliminação de Pragas

Na agricultura, radiação moderada tem sido usada para aniquilar insetos indesejáveis ​​das culturas. Assim, evita-se o uso de inseticidas altamente poluentes. Isso reduz o impacto negativo nos solos, nas águas subterrâneas e nas próprias culturas.

Namoro

Com a ajuda de radioisótopos, a idade de certos objetos pode ser determinada. Nos estudos arqueológicos, isso é de grande interesse, pois permite que as amostras sejam separadas e colocadas nos tempos correspondentes. O radioisótopo usado para esta aplicação é, por excelência, carbono 14 ( 14 C). Seu t 1/2 tem 5700 anos e as amostras podem ser datadas até 50.000 anos.

O decaimento de 14 ° C tem sido usado especialmente para amostras biológicas, ossos, fósseis, etc. Outros radioisótopos, como 248 U, têm um t 1/2 milhão de anos. Medindo então as concentrações de 248 U em uma amostra de meteoritos, sedimentos e minerais, pode-se determinar se é da mesma idade que a Terra.

Referências

  1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Química (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  2. Frank Kinard (2019). Química Nuclear Recuperado de: chemistryexplained.com
  3. Química Nuclear (sf). Recuperado de: sas.upenn.edu
  4. Mazur Matt (2019). Cronograma da História da Química Nuclear. Preceder. Recuperado de: preceden.com
  5. Sarah E. & Nyssa S. (sf). Descoberta da radioatividade. Química LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
  6. Scottsdale, Brenda. (sf). Que tipos de trabalhos os químicos nucleares fazem? Trabalho – Chron.com. Recuperado de: work.chron.com
  7. Wikipedia (2019). Química Nuclear Recuperado de: en.wikipedia.org
  8. American Chemical Society (2019). Química Nuclear Carreiras em Química Recuperado de: acs.org
  9. Alan E. Waltar. (2003). As aplicações médicas, agrícolas e industriais de tecnologia nuclear. Laboratório Nacional do Noroeste Pacífico.

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