Química Nuclear

A Química Nuclear é a área da Química que lida com reações nucleares ou com reações que ocorrem no interior do átomo. Tal área busca estudar não só a estrutura básica do átomo, mas também fenômenos radioativos, como o decaimento radioativo, e a síntese de novos elementos químicos.

A Química Nuclear não tem importância apenas acadêmica, mas também é amplamente aplicada na medicina por meio de diversos exames de imagem para diagnóstico, além de tratamentos para o câncer. No campo da Engenharia, a Química Nuclear pode ser utilizada para projetar usinas nucleares, que se aproveitam de reações nucleares para geração de energia.

Contudo, tal área tem seu lado ruim, associado ao desenvolvimento de armas e aos grandes perigos da exposição de seres vivos à radiação ionizante.

Leia também: Física Nuclear — importante área da Física que estuda os fenômenos relativos aos núcleos atômicos

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre Química Nuclear
• 2 - O que é Química Nuclear?
• 3 - O que a Química Nuclear estuda?
• 4 - Para que serve a Química Nuclear?
• 5 - Fenômenos nucleares na Química

Resumo sobre Química Nuclear

• A Química Nuclear é a área da Química que estuda reações nucleares e as reações que ocorrem no interior do átomo.
• A Química Nuclear busca entender a estrutura básica do átomo, os fenômenos radioativos, além da síntese de novos elementos.
• A Química Nuclear é aplicada em diversos campos de interesse, como Medicina e Engenharia.
• Na Medicina, a Química Nuclear auxilia na obtenção de exames de imagem, essenciais para diagnósticos, bem como no tratamento para diversos tipos de câncer.
• Na Engenharia, a Química Nuclear explora o desenvolvimento de usinas nucleares, as quais produzem energia elétrica a partir da energia nuclear.
• Contudo, é inegável que a Química Nuclear tem suas adversidades, como os efeitos nocivos causados pela radiação ionizante, bem como o desenvolvimento de armamentos de grande poder de destruição.

O que é Química Nuclear?

A Química Nuclear é a área da Química que lida com as reações nucleares ou com as reações que ocorrem dentro dos átomos. É uma área de estudo que pode incluir o uso de métodos químicos para estudar o núcleo e as suas propriedades.

O que a Química Nuclear estuda?

A Química Nuclear está envolvida no estudo dos processos químicos relacionados ao núcleo atômico, assim como suas propriedades. Dentre suas áreas de estudo mais comuns, podemos citar:

• a estrutura básica do núcleo atômico;
• a síntese de novos elementos químicos;
• a energia envolvida em reações nucleares;
• as transmutações nucleares e os decaimentos radioativos;
• as propriedades físico-químicas dos isótopos radioativos;
• a cinética radioativa;
• os processos de fissão e fusão nuclear.

Para que serve a Química Nuclear?

A Química Nuclear é de grande aplicação não só acadêmica, mas também em setores essenciais de nossa sociedade. A radioatividade, por exemplo, permitiu verdadeiras revoluções no campo da medicina diagnóstica, com exames essenciais, tais como radiografias, tomografias e ressonância magnética, bem como em tratamentos para o câncer, com a radioterapia e a com a utilização de radiofármacos.

Não à toa, existe hoje um campo da Medicina que se utiliza da Química Nuclear conhecido como Medicina Nuclear. Contudo, não se pode negar o problema que a exposição às radiações ionizantes, de origem nuclear, pode causar aos seres vivos.

Na Engenharia Nuclear, os princípios estudados pela Química Nuclear permitem o contínuo desenvolvimento de tecnologias práticas com base nos fenômenos nucleares. Embora muito se associe a utilização da energia nuclear para fins bélicos (ogivas nucleares), muitos países fazem uso da energia para fins pacíficos, como é o caso do Brasil.

Atualmente, estima-se que 9% da energia elétrica do mundo sejam produzidos a partir da energia nuclear. Dos 10 países com mais reatores nucleares em atividade, o maior número de usinas nucleares se encontra nos Estados Unidos da América e na China, contudo, de todo o grupo, os países que mais dependem da energia nuclear para produção de energia elétrica são a França e a Ucrânia.

Os princípios da Química Nuclear também são essenciais para a expansão das fronteiras da ciência. A origem do Universo, os processos de produção das estrelas, como o Sol, e a síntese de novos elementos químicos envolvem processos nucleares.

Durante o período da Guerra Fria, a Tabela Periódica sofreu uma expansão exponencial, com a síntese de diversos elementos químicos, impulsionada por questões ideológicas entre soviéticos e estadunidenses (Guerra dos Transférmios), mas também pela tentativa de se alcançar a hipotética “ilha dos elementos superpesados”, um grupo de elementos de alto número atômico que seriam consideravelmente estáveis.

Acesse também: Como funciona a energia nuclear?

Fenômenos nucleares na Química

→ Decaimento radioativo

Decaimento radioativo é uma transformação nuclear espontânea em que partículas e/ou radiação eletromagnética são emitidas. Tal fenômeno é a origem da radioatividade. A espécie, ao sofrer decaimento radioativo, sofre um efeito conhecido como reação nuclear, ou seja, torna-se um novo nuclídeo, com diferentes números de partículas nucleares. Quando a reação nuclear converte o nuclídeo de um elemento em um nuclídeo de outro elemento, temos a chamada transmutação nuclear.

→ Cinética radioativa

Cinética radioativa é o campo da Química Nuclear que estuda a velocidade do decaimento radioativo. Graças a esse campo, temos o conceito de atividade — o número de desintegrações que uma amostra apresenta em determinado intervalo de tempo (medido em becquerel, Bq) — além do conceito de meia-vida — o tempo necessário para que uma quantidade de amostra radioativa decaia pela metade.

→ Nucleossíntese

Nucleossíntese é o processo de produção de novos elementos e isótopos de elementos conhecidos. Nessa técnica, as forças repulsivas das partículas com cargas de mesmo sinal são superadas a partir do momento que essas partículas colidem em alta velocidade. A nucleossíntese está na origem do nosso Universo, onde houve a produção de hidrogênio e hélio a partir do Big Bang.

→ Fissão nuclear

Fissão nuclear é o processo em que um núcleo volumoso se quebra em fragmentos. Tal processo foi descoberto em 1938 por Lise Meitner, Fritz Strassman e Otto Hahn, quando perceberam que núcleos pesados, como urânio-235, ao serem bombardeados com nêutrons acelerados, podiam se quebrar em fragmentos menores, com uma liberação exorbitante de energia. Embora tenha sido descrito uma fissão nuclear induzida, tal processo também pode ser espontâneo, quando as oscilações naturais de núcleos pesados já são suficientes para desencadear o processo.

→ Fusão nuclear

Fusão nuclear é o processo em que há a formação de um núcleo maior por meio de núcleos mais leves. Esse processo também produz uma energia exorbitante, muito maior, aliás, do que a energia produzida na fissão nuclear. Outra vantagem em relação à fissão é o fato de a reação de fusão não produzir rejeitos radioativos de vida longa.

Por fim, o principal combustível para a fusão (átomos de hidrogênio para a produção de átomos de hélio) pode ser facilmente extraído do mar, o qual cobre boa parte do nosso planeta. Porém, o grande desafio está no controle da temperatura: reatores de fusão devem ser projetados para suportar temperaturas da ordem de 10⁸ K.

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Príncípios de Química: Questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

ATKINS, P.; DE PAULA, J.; KEELER, J. Physical Chemistry. 11. ed. Oxford: Oxford University Press, 2018.

AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. Nuclear Chemistry. Disponível em: https://www.acs.org/careers/chemical-sciences/fields/nuclear-chemistry.html.

CHEMEY, A. T. Nuclear chemistry: an essential nuclear science. Essential Chem. v. 1, n. 1, p. 1-8, 2024.

LÉPINE-SZILY, A. Novos elementos superpesados: como são produzidos e identificados. Jornal da USP. 9 abr. 2018. Disponível em: https://jornal.usp.br/artigos/novos-elementos-superpesados-como-sao-produzidos-e-identificados/.

NOVAES, R. A energia nuclear no mundo. Exame. 10 dez. 2024. Disponível em:  https://exame.com/esg/a-energia-nuclear-no-mundo/.