a natureza e a vida

pelo eng.º paulo seabra

4 – Isótopos e Radioisótopos

Já vimos no artigo anterior que a estrutura dum átomo fica definida pelo conhecimento do seu número atómico (número de electrões planetários) e do número de massa (número de protões e neutrões do núcleo), e que o átomo se representa escrevendo o símbolo do elemento, tendo por índice inferior o número atómico e por índice superior o número de massa. Dissemos também que os electrões se distribuem em torno do núcleo em camadas sucessivas, sendo o número por camada dependente de condições bem determinadas que regulam o comportamento químico dos elementos.

Consideremos o caso do hidrogénio – o átomo mais simples que se conhece, constituído por um núcleo com 1 protão, à volta do qual gira 1 electrão.

Numa determinada quantidade de hidrogénio, podemos encontrar ainda um reduzido número de átomos de número de massa 2 (1 protão e 1 neutrão) e número atómico 1 (1 electrão). São átomos de hidrogénio pesado que receberam a denominação de deutério . Existem também, em quantidades infinitesimais átomos de massa 3 (1 protão e 2 neutrões), que formam o hidrogénio ultra pesado ou tritério .

Temos pois três tipos de átomos do mesmo elemento hidrogénio, que possuem igual número atómico, mas números de massa diferentes.

Os átomos de um elemento que têm o mesmo número atómico, mas números de massa diferentes, chamam-se isótopos desse elemento.

Na fig. 1 estão representados os modelos dos três isótopos de hidrogénio: o hidrogénio , o deutério e o tritério , que possuem o mesmo número de electrões planetários e o mesmo número de protões do núcleo: diferem apenas no número de neutrões.

/ 32 / As propriedades químicas dum elemento dependem somente do cortejo electrónico do seu átomo. Como os isótopos dum elemento têm o mesmo número de electrões planetários, as propriedades químicas dos isótopos desse elemento são idênticas.

Por outro lado como os isótopos variam apenas no número de neutrões do núcleo, apresentam massas diferentes.

Na natureza, a maioria dos elementos apresentam-se constituídos por uma mistura de dois ou mais isótopos Assim, o urânio, tal como é extraído do mineral, é constituído pela mistura de dois isótopos, o urânio , mais abundante, e o . Os dois isótopos possuem o mesmo número de electrões (92), mas o número de neutrões é diferente (136 contra 143). Por sua vez, O cloro é uma mistura de 3/4 partes de átomos de massa 35 e 1/4 parte de átomos de massa . O peso atómico do cloro é então:

3/4 x 35 + 1/4 x 37 = 35,5.

Observando o desenvolvimento das famílias radioactivas, verificamos que há vários elementos com o mesmo número atómico e números de massa diferentes; são portanto isótopos do elemento considerado. Como são isótopos radioactivos denominam-se, por isso, radioisótopos.

Falámos até aqui de radioactividade natural, isto é, da desintegração espontânea de elementos que se encontram na natureza.

Porém, em 1934, Irene Curie (irmã de Marie Curie) e seu marido Frédéric Joliot descobriram pela primeira vez a radioactividade artificial, processo de obter artificialmente elementos radioactivos, particularmente isótopos radioactivos.

Contam-se por mais de 1000 os radioisótopos artificiais, contudo só uns 13 radioisótopos têm utilidade prática, pelo razão de que a maioria tem uma vida extremamente breve, devido ao seu período de semi-desintegração ser muito curto.

Os isótopos radioactivos artificiais são produzidos em reactores nucleares, aceleradores e instalações de separação.

A descoberta da radioactividade artificial e por conseguinte / 33 / a aplicação dos radioisótopos, teve uma enorme importância nos domínios da medicina, biologia, agricultura, indústria, etc.

Os radioisótopos artificiais dum mesmo elemento têm todas as propriedades químicos desse elemento, constituem os mesmos compostos químicos e entram nas mesmas reacções. Esta propriedade tem larga aplicação na biologia e na medicina.

Introduzido no organismo um composto radioactivo, por exemplo, o iodo 131, este sofrerá as reacções e transformações do mesmo composto, mas de iodo não radioactivo, e o elemento iodo fixar-se-á nos órgãos para os quais tem afinidade.

Uma vez introduzido no circulação do sangue, como é radioactivo, emite partículas que atravessam os tecidos e podem ser detectados pelo contador de GEIGER (este aparelho tem uma sensibilidade tal que uma gota de água radioactiva pode ser identificada em 50 milhões de litros de água comum; esta extraordinária precisão revolucionou os métodos de pesquisas em todos os domínios da ciência, o que permite acompanhar o caminho seguido pelo radioelemento e portanto a duração do percurso, a intensidade das radiações e a quantidade fixada em cada órgão.

Graças à extrema sensibilidade dos detectores, podem injectar-se no corpo humano radioisótopos em doses inofensivas.

Por comparação dos resultados obtidos em organismos normais, assim se poderá fazer o diagnóstico do indivíduo doente.

É actualmente vastíssimo o campo de utilização dos radioisótopos e a eles se devem enormes progressos no diagnóstico e cura de muitas doenças, no desenvolvimento da indústria e agricultura, na física, química, metalurgia, bacteriologia e fisiologia animal e vegetal.

aplicações

Vejamos algumas aplicações dos radioisótopos.

Comecemos por apresentar alguns exemplos de utilização de radioelementos em medicina.

No caso do iodo radioactivo 131, verificamos que a sua maior parte fica retida na glândula tiróide e, conhecendo-se a dose fixada em indivíduos normais, fica a saber-se se há anomalia de funcionamento. O iodo radioactivo permite-nos, pois, determinar o estado de funcionamento do glândula tiróide.

O sódio radioactivo é aplicado para medir a velocidade da corrente sanguínea e a permeabilidade dos vasos, o que revela o comportamento do sistema cardiovascular.

O tratamento dos cancros inoperáveis tem beneficiado muito com a aplicação intersticial do tântalo 182 e do cobalto 60.

/ 34 / O fósforo radioactivo, quando ingerido ou introduzido no organismo por via endovenosa, fixa-se muito lentamente nos tecidos cerebrais, devido ao baixo índice de metabolismo para com o fósforo. Porém, quando existe um tumor cerebral, os tecidos degenerados fixam aquele elemento em proporção muito mais elevada, o que permitirá diagnosticar o tumor e precisar mesmo a sua posição e volume.

O fósforo radioactivo emprega-se ainda no tratamento de tumores e outros doenças superficiais da pele, tais como eczemas, angiomas capilares, etc.

A agricultura tem feito progressos importantes com a utilização dos radioelementos nas suas pesquisas. Seguindo o caminho duma matéria radioactiva no solo, nas plantas ou nos animais, os técnicos puderam resolver certos problemas apresentados pela utilização eficaz dos adubos, doenças dos vegetais, alimentação dos animais, etc.

Os fisiólogos e os biólogos têm podido estudar os fenómenos que se desenrolam numa folha, o metabolismo do carbono nas plantas, a repartição do fósforo nas folhas, fazer investigações com o fim de descobrir os segredos da fotossíntese nas plantas – síntese dos hidratos de carbono a partir do anidrido carbónico e da água, efectuada pelas células possuidoras de clorofila, sob a influência da luz. Verificaram-se detalhes importantes nos estados sucessivos das transformações do carbono assimilado no decurso da fotossíntese.

Pela irradiação de microrganismos, os biólogos descobriram novos microrganismos, produzindo quantidades elevadas de antibióticos preciosos (penicilina, biomicina, etc.). Por outro lado, as mesmas radiações dos isótopos radioactivos aplicados em diferentes doses, matam os microrganismos, quando se pretendem esterilizar instrumentos, recipientes, produtos alimentares (como, por exemplo, a esterilização de conservas).

Utilizam-se os raios gama do cobalto radioactivo para reter a germinação dos legumes durante longos períodos de conservação.

Pela irradiação de grãos das plantas, criaram-se novas espécies de maior porte (destinados a forragens) e aumento de produtividade.

A ciência dos radioisótopos aplicados na indústria tem permitido economias consideráveis de tempo e de dinheiro. Ensaios ou testes mecânicos que requeriam outrora dias ou meses de observação, podem agora ser feitos em alguns minutos.

A utilização dos isótopos radioactivos na indústria é extremamente variada. Com eles controlam-se mais fácil e / 35 / economicamente as fases da fundição dos aços, a velocidade do fluxo dos gases nos altos fornos, observam-se as alterações na estrutura das ligas metálicas.

Os isótopos permitem determinar o desgaste das ferramentas de corte ou de peças de máquinas, mesmo em funcionamento, sem necessidade de os parar ou desmontar.

A gama-radiografia de peças metálicas e juntas soldadas revela-nos a existência de fissuras dissimuladas ou outros defeitos.

Podemos fazer também um controlo contínuo da espessura da laminagem dos aços durante a fabricação.

Os radioelementos permitem igualmente detectar a menor fenda nos reservatórios e nas canalizações.

A importância dos isótopos radioactivos no desenvolvimento da ciência moderna encontra uma nova demonstração num processo baseado sobre a medida do carbono 14.

Este processo, utilizada para conhecer a idade de todos os objectos contendo carbono, baseia-se no facto de que o ácido carbónico do ar contém uma determinada quantidade de carbono 14.

Logo que este ácido carbónico é assimilado, por uma árvore, por exemplo, a proporção de C14 que ela contém decrescerá, porque este isótopo é radioactivo; não restará mais do que a sua metade ao fim de 5000 anos, um quarto após 10000, etc.

Basta, pois, estabelecer (com o contador de GEIGER) a relação entre o carbono radioactivo e o carbono estável (carbono 12), para calcular a época em que a árvore assimilou este ácido carbono.

Métodos idênticos permitem calcular a idade de um sarcófago egípcio, de uma pirâmide mexicana, etc.

Pôde-se avaliar mesmo a idade do Universo (cerca de 8 biliões de anos).

Os exemplos apresentados para a utilização dos radioisótopos constituem uma pequena parte das enormes possibilidades desta nova ciência. O extraordinário desenvolvimento de que se reveste na actualidade o estudo dos isótopos radioactivos, as inúmeras aplicações que tem nos mais diversos campos da actividade humana, deixam-nos antever um futuro brilhante. Os benefícios já trazidos no combate dos males que afligem a humanidade, fazem esquecer de certo modo que os radioisótopos são um produto consequente da fabricação da bomba atómica.

Há males dos quais resultam alguns bens.

No próximo número: A BOMBA ATÓMICA