Radioquímica - Radiochemistry

Porta-luvas

A radioquímica é a química de materiais radioativos , onde isótopos radioativos de elementos são usados ​​para estudar as propriedades e reações químicas de isótopos não radioativos (muitas vezes dentro da radioquímica, a ausência de radioatividade leva a uma substância sendo descrita como inativa, pois os isótopos são estáveis ) . Muito da radioquímica lida com o uso da radioatividade para estudar reações químicas comuns . Isso é muito diferente da química da radiação, onde os níveis de radiação são mantidos muito baixos para influenciar a química.

A radioquímica inclui o estudo de radioisótopos naturais e artificiais.

Principais modos de decaimento

Todos os radioisótopos são isótopos instáveis de elementos - sofrem decadência nuclear e emitem alguma forma de radiação . A radiação emitida pode ser de vários tipos, incluindo alfa , beta , radiação gama , emissão de prótons e nêutrons, juntamente com vias de decaimento de emissão de neutrinos e antipartículas .

1. Radiação α (alfa) - a emissão de uma partícula alfa (que contém 2 prótons e 2 nêutrons) de um núcleo atômico . Quando isso ocorrer, a massa atômica do átomo diminuirá em 4 unidades e o número atômico em 2.

2. Radiação β (beta) - a transmutação de um nêutron em um elétron e um próton . Depois que isso acontece, o elétron é emitido do núcleo para a nuvem de elétrons .

3. Radiação γ (gama) - a emissão de energia eletromagnética (como raios gama ) do núcleo de um átomo. Isso geralmente ocorre durante o decaimento radioativo alfa ou beta .

Esses três tipos de radiação podem ser distinguidos por sua diferença no poder de penetração.

Alfa pode ser interrompido facilmente por alguns centímetros no ar ou um pedaço de papel e é equivalente a um núcleo de hélio. Beta pode ser cortado por uma folha de alumínio com apenas alguns milímetros de espessura e são elétrons. Gama é o mais penetrante dos três e é um fóton de alta energia sem massa e sem carga . A radiação gama requer uma quantidade considerável de blindagem contra radiação de metal pesado (geralmente à base de chumbo ou bário ) para reduzir sua intensidade.

Análise de ativação

Pela irradiação de nêutrons de objetos, é possível induzir radioatividade; esta ativação de isótopos estáveis ​​para criar radioisótopos é a base da análise de ativação de nêutrons . Um dos objetos mais interessantes estudados dessa maneira são os cabelos da cabeça de Napoleão , que foram examinados quanto ao conteúdo de arsênico .

Existe uma série de diferentes métodos experimentais, estes foram projetados para permitir a medição de uma gama de diferentes elementos em diferentes matrizes. Para reduzir o efeito da matriz é comum usar a extração química do elemento desejado e / ou permitir que a radioatividade devida aos elementos da matriz decaia antes da medição da radioatividade. Uma vez que o efeito da matriz pode ser corrigido pela observação do espectro de decaimento, pouca ou nenhuma preparação de amostra é necessária para algumas amostras, tornando a análise de ativação de nêutrons menos suscetível à contaminação.

Os efeitos de uma série de tempos de resfriamento diferentes podem ser vistos se uma amostra hipotética que contém sódio, urânio e cobalto na proporção de 100: 10: 1 for submetida a um pulso muito curto de nêutrons térmicos . A radioatividade inicial seria dominada pela atividade de 24 Na ( meia-vida de 15 h), mas com o aumento do tempo, o 239 Np (meia-vida de 2,4 d após a formação do pai 239 U com meia-vida de 24 min) e, finalmente, a atividade de 60 Co (5,3 anos) predominaria.

Aplicações de biologia

Uma aplicação biológica é o estudo de DNA usando fósforo radioativo -32. Nesses experimentos, o fósforo estável é substituído pelo radioativo P-32 quimicamente idêntico, e a radioatividade resultante é usada na análise das moléculas e seu comportamento.

Outro exemplo é o trabalho que foi feito sobre a metilação de elementos como enxofre , selênio , telúrio e polônio por organismos vivos. Foi demonstrado que as bactérias podem converter esses elementos em compostos voláteis; acredita-se que a metilcobalamina ( vitamina B 12 ) alquila esses elementos para criar os dimetilos. Foi demonstrado que uma combinação de cobaloxima e polônio inorgânico em água estéril forma um composto de polônio volátil, enquanto um experimento de controle que não continha o composto de cobalto não formou o composto de polônio volátil. Para o trabalho de enxofre foi usado o isótopo 35 S, enquanto para o polônio 207 Po foi usado. Em alguns trabalhos relacionados pela adição de 57 Co à cultura bacteriana, seguido pelo isolamento da cobalamina da bactéria (e a medição da radioatividade da cobalamina isolada), foi mostrado que as bactérias convertem o cobalto disponível em metilcobalamina.

Na medicina, os exames de PET (tomografia por emissão de pósitrons) são comumente usados ​​para fins diagnósticos em. Um traçador radiativo é injetado por via intravenosa no paciente e, em seguida, levado para a máquina de PET. O traçador radioativo libera radiação do paciente e as câmeras na máquina interpretam os raios de radiação do traçador. As máquinas de varredura PET usam detecção de cintilação em estado sólido devido à sua alta eficiência de detecção, os cristais NaI (Tl) absorvem a radiação dos traçadores e produzem fótons que são convertidos em um sinal elétrico para a máquina analisar.

Ambiental

A radioquímica também inclui o estudo do comportamento dos radioisótopos no meio ambiente; por exemplo, uma floresta ou um incêndio na grama podem fazer os radioisótopos se tornarem móveis novamente. Nesses experimentos, incêndios foram iniciados na zona de exclusão em torno de Chernobyl e a radioatividade no ar a favor do vento foi medida.

É importante notar que um grande número de processos são capazes de liberar radioatividade no meio ambiente, por exemplo, a ação dos raios cósmicos no ar é responsável pela formação de radioisótopos (como 14 C e 32 P), o decaimento de 226 Ra forma 222 Rn, que é um gás que pode se difundir através das rochas antes de entrar em edifícios e se dissolver na água e, assim, entrar na água potável. Além disso, as atividades humanas, como testes de bombas , acidentes e liberações normais da indústria resultaram na liberação de radioatividade .

Forma química dos actinídeos

A química ambiental de alguns elementos radioativos, como o plutônio, é complicada pelo fato de que as soluções desse elemento podem sofrer desproporção e, como resultado, muitos estados de oxidação diferentes podem coexistir ao mesmo tempo. Algum trabalho foi feito na identificação do estado de oxidação e número de coordenação do plutônio e os outros actinídeos sob diferentes condições. [2] Isso inclui trabalho em ambas as soluções de complexos relativamente simples e trabalho em coloides Duas das matrizes-chave são solo / rochas e concreto , nestes sistemas as propriedades químicas do plutônio foram estudadas usando métodos como EXAFS e XANES . [3] [4]

Movimento de coloides

Embora a ligação de um metal às superfícies das partículas do solo possa impedir seu movimento através de uma camada de solo, é possível que as partículas de solo que contêm o metal radioativo possam migrar como partículas coloidais através do solo. Foi demonstrado que isso ocorre com o uso de partículas de solo marcadas com 134 Cs, que são capazes de se mover através de rachaduras no solo.

Fundo normal

A radioatividade está presente em todos os lugares (e tem estado desde a formação da Terra). De acordo com a Agência Internacional de Energia Atômica , um quilograma de solo normalmente contém as seguintes quantidades dos seguintes três radioisótopos naturais 370 Bq 40 K (faixa típica 100-700 Bq), 25 Bq 226 Ra (faixa típica 10-50 Bq), 25 Bq 238 U (intervalo típico de 10–50 Bq) e 25 Bq 232 Th (intervalo típico de 7–50 Bq).

Ação de microrganismos

A ação dos microrganismos pode fixar o urânio; Thermoanaerobacter pode usar cromo (VI), ferro (III), cobalto (III), manganês (IV) e urânio (VI) como aceitadores de elétrons, enquanto acetato , glicose , hidrogênio , lactato , piruvato , succinato e xilose podem atuar como doadores de elétrons para o metabolismo das bactérias. Desta forma, os metais podem ser reduzidos para formar magnetita (Fe 3 O 4 ), siderita (FeCO 3 ), rodocrosita (MnCO 3 ) e uraninita (UO 2 ). Outros pesquisadores também trabalharam na fixação de urânio usando bactérias [5] [6] [7] , Francis R. Livens et al. (Trabalhando em Manchester ) sugeriram que a razão pela qual Geobacter sulfurreducens pode reduzir UO2+
2cátions de dióxido de urânio é que as bactérias reduzem os cátions de uranila a UO+
2que então sofre desproporção para formar UO2+
2e UO 2 . Este raciocínio foi baseado (pelo menos em parte) na observação de que NpO+
2 não é convertido em óxido de neptúnio insolúvel pela bactéria.

Educação

Apesar do crescente uso da medicina nuclear, do potencial de expansão das usinas nucleares e das preocupações com a proteção contra ameaças nucleares e o gerenciamento dos resíduos nucleares gerados nas últimas décadas, o número de alunos que optaram por se especializar em nuclear e radioquímica diminuiu significativamente ao longo do nas últimas décadas. Agora, com muitos especialistas nessas áreas se aproximando da idade de aposentadoria, é necessária uma ação para evitar uma lacuna na força de trabalho nessas áreas críticas, por exemplo, desenvolvendo o interesse dos alunos por essas carreiras, expandindo a capacidade educacional de universidades e faculdades e fornecendo informações mais específicas sobre treinamento no trabalho.

Nuclear and Radiochemistry (NRC) é principalmente ensinado em nível universitário, geralmente primeiro no nível de mestrado e doutorado. Na Europa, um esforço substancial está sendo feito para harmonizar e preparar a educação do NRC para as necessidades futuras da indústria e da sociedade. Este esforço está a ser coordenado num projecto financiado pela Acção Coordenada apoiada pelo 7º Programa-Quadro da Comunidade Europeia da Energia Atómica: O projecto CINCH-II - Cooperação na educação e formação em Química Nuclear.

Referências

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