Os elementos químicos possuem diversas propriedades que os tornam elementos únicos. Dentre os diversos elementos que conhecemos, alguns possuem uma propriedade específica conhecida como radioatividade. A radioatividade consiste na emissão de partículas por parte do núcleo dos átomos de elementos com características radioativas. Essa emissão ocorre quando um isótopo de determinado elemento emite radiação transformando-se em um outro isótopo deste mesmo elemento, e esse fenômeno é chamado desintegração.
Ilustração: Halfdan / via Wikimedia Commons / CC-BY-SA 3.0
Breve histórico
Em 1896, Henri Becquerel (1852 – 1908) notou emissões de raios por um sal de urânio, sendo pioneiro na era da química nuclear. Em 1898, Marie Curie, aprimorou a pesquisa de Becquerel, informando que as emissões apontadas por ele independiam de temperatura, pressão, composição do sal de urânio e outras propriedades para ocorrer, além de descobrir que a intensidade de radiação emitida permanecia, independentemente da quantidade de sal de urânio na amostra. Com essas descobertas, intensificaram-se pesquisas relacionadas ao assunto, e Rutherford e Thompson puderam reconhecer que as emissões radioativas eram de pelo menos dois tipos, raios alfa (α), raios beta (β) e mais tarde, Villard descobriu os raios gama (γ).
As reações nucleares ocorrem a partir da mudança do número atômico e de massa dos isótopos de elementos radioativos. Nessas reações, o número de núcleons (prótons e nêutrons) se mantém, diferentemente do que ocorre nas demais reações químicas, onde átomos e moléculas são rearranjados.
Leis de decaimento radioativo (Soddy e Fajans)
Nas reações nucleares onde há emissão de partículas alfa, as emissões são um decréscimo de 4 no número de massa e 2 no número atômico. Nas reações onde há emissão de partículas beta, esse decréscimo é de 1 no número atômico e não há alteração na massa. As radiações gama não alteram o número atômico e nem a massa dos elementos. Os decaimentos alfa são observados somente em elementos mais pesados, como por exemplo o Telúrio; já os decaimentos beta e gama ocorrem com os demais elementos radioativos. Além das emissões dos raios alfa, beta e gama, há também emissões de outras partículas, como os pósitrons, neutrinos e nêutrons.
Fusão nuclear
A fusão nuclear ocorre quando dois átomos leves se combinam formando um núcleo mais pesado, transformando massa em energia em forma de radiação. A quantidade de energia liberada é altíssima, pois, conforme a fórmula e = mc^2, de Albert Einstein, energia é igual a massa multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado. A fusão nuclear ocorre dentro de grandes estrelas como o Sol.
Fissão nuclear
Já a fissão nuclear ocorre quando um átomo é bombardeado por um nêutron, levando à emissão de radiação e liberação de partículas radioativas, formando isótopos de outros elementos químicos. Por exemplo, quando o átomo de urânio-235 é bombardeado por um nêutron, ele emite radiação e forma o bário-142 e o criptônio-91, além de dois ou três nêutrons e energia (radiação).
Usinas nucleares
Nas usinas nucleares o processo radioativo utilizado é o de fissão nuclear, com a utilização do urânio-235 como combustível nuclear. A energia liberada pela fissão do urânio-235 é equivalente a 200 milhões de elétron-volts (eV). A energia liberada no processo é utilizada para aquecer água, que vaporiza e movimenta uma turbina através da pressão de vapor, convertendo essa energia mecânica em energia elétrica. Atualmente existem cerca de 440 reatores nucleares no mundo, sendo que no Brasil temos apenas 2 deles, na Usina Nuclear de Angra dos Reis, no Rio de Janeiro.
Referências:
http://www.profpc.com.br/Qu%C3%ADmica%20Nuclear%20x%20F%C3%ADsica%20Nuclear/F%C3%ADsica%20Nuclear/Qu%C3%ADmica%20Nuclear%20x%20Radioatividade.pdf
MAIA, D.J., BIANCHI, J. C. A. Química Geral: Fundamentos. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2006.
http://www.if.ufrgs.br/~marcia/FN_aula2.pdf
http://sites.unicentro.br/wp/petfisica/files/2011/08/Usinas_Nucleares_Lucas.pdf