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A descoberta dos raios-X


Na noite de 8 de novembro de 1895, o físico alemão Wilhelm C. Röntgen trabalhava em uma sala totalmente escura, utilizando uma válvula com a qual estudava a condutividade dos gases. A certa distância da válvula, havia uma folha de papel tratada com platinocianeto de bário usada como tela. Röntgen viu com espanto a tela brilhar, emitindo luz 1. Achou que esta luz não poderia ser proveniente da válvula, pois a mesma estava coberta por uma cartolina negra e nada (luz ou raio catódico) poderia ter vindo dela. Surpreso, fez várias investigações. Virou a tela, expondo o lado sem o revestimento de platinocianeto de bário, e esta continuava a brilhar. Colocou diversos objetos entre a válvula e a tela e viu que todos pareciam transparentes, mas não demorou a ter uma surpresa maior, quando sua mão escorregou em frente à válvula e viu seus ossos na tela. Registrou em chapas fotográficas suas observações e só então teve certeza de que estava diante de algo novo. Em 28 de dezembro de 1895, Röntgen entregou à Sociedade Físico-Médica de Wurzburg, Alemanha, um relatório preliminar de sua descoberta, descrevendo as pesquisas que fizera nas sete semanas anteriores: os objetos tornavam-se transparentes diante dos novos raios que, por serem desconhecidos, chamou-os de raios-X 2. Em 1901, Röntgen foi laureado com o primeiro Prêmio Nobel da Física. Mais recentemente, seu nome foi dado ao novo elemento 111.


A descoberta da radioatividade: as partículas α e β e os raios γ


Antoine H. Becquerel, membro de uma família de quatro gerações de físicos de renome, tinha grande interesse pelas áreas de fosforescência e fluorescência moleculares. A descoberta de Röntgen o levou a fazer observações para verificar se substâncias fosforescentes ou fluorescentes emitiam raios-X. Seus primeiros resultados foram negativos 3. Com experimentos adicionais utilizando urânio, Becquerel chegou à conclusão de que a radiação penetrante era originária do próprio elemento e não tinha relação com o fenômeno da fluorescência 4. Esta radiação, que inicialmente ficou conhecida como raios de Becquerel, foi chamada de radioatividade pela polonesa Marie S. Curie, em 1898 5,6 e logo passou a ser investigada por importantes nomes da época, tais como J. J. Thomson, e também por vários cientistas em começo de carreira. Dessa forma, em 1900, pouco tempo após as descobertas de Becquerel, o físico neozelandês Ernest Rutherford e o físico francês Pierre Curie colonia montes de oca fotos identificaram, de forma independente e quase simultaneamente, dois tipos distintos de emissões oriundas dos elementos radioativos. Essas radiações foram denominadas de partículas alfa (α) e beta (β). No mesmo ano, o físico francês Paul U. Villard identificou outra espécie de radiação eletromagnética, que também era emitida por esses elementos, que denominou radiação gama (γ) 6.


Em 1903, Rutherford propôs a existência do núcleo atômico e verificou-se posteriormente que a radioatividade, com suas emissões α, β e γ, era um fenômeno que ocorria com os núcleos instáveis de alguns elementos químicos. Este fenômeno ficou conhecido como decaimento radioativo, onde os do elemento original eram eventualmente transformados em novos elementos 7. Também foi descoberto que a velocidade do decaimento por unidade de massa é fixa para qualquer radioelemento específico, não dependendo de sua composição química ou de seu estado físico; porém, varia drasticamente de um radioelemento para outro. O decaimento poderia ser expresso em termos de meia-vidas, que é o tempo que leva para a atividade de um radioelemento decair à metade do seu valor original.


Em 1913, os físicos F. Soddy, A. Russell e K. Fajans, em trabalhos independentes, elaboraram uma generalização sobre as emissões α e β, que ficou conhecida como Lei do Deslocamento: “Quando uma partícula alfa for emitida, o novo será deslocado duas casas à esquerda na Tabela Periódica. E quando for emitida uma partícula beta, o novo átomo estará deslocado uma casa à direita na Tabela Periódica” 7. Os radioelementos que caíssem na mesma posição da tabela periódica seriam quimicamente idênticos. Soddy propôs, para os elementos deste último caso, o nome de isótopos 1,8.


As descobertas de novos elementos radioativos 6,9


Em 1895, a polonesa Marya Sklodowska, que já adotara o nome francês Marie, casou-se com Pierre Curie. Aparecia assim, para o mundo científico, o casal Curie, dois dos pesquisadores mais notáveis de todos os tempos. À procura de um tema para sua tese de Em 1895, a polonesa Marya Sklodowska, que já adotara o nome francês Marie, casou-se com Pierre Curie. Aparecia assim, para o mundo científico, o casal Curie, dois dos pesquisadores mais notáveis de todos os tempos. À procura de um tema para sua tese de doutorado, Marie interessou-se profundamente pelos trabalhos do físico Antoine H. Becquerel. Marie e Pierre Curie começaram então a pesquisar de onde eram provenientes as radiações observadas por Becquerel no minério de urânio. Para isso, instalaram, em um lugar úmido da Escola de Física e Química em Paris, alguns instrumentos de detecção, incluindo alguns construídos por Pierre e seu irmão, Jacques. Usando um eletroscópio e, mais tarde, o seu novo piezoeletrômetro, o casal Curie conseguiu medir tais radiações, afirmando que eram uma propriedade intrínseca do elemento urânio. Sua intensidade era proporcional à quantidade de urânio presente na substância, não dependendo da combinação química, da fase de agregação, nem das condições exteriores.


O casal Curie descobriu ainda que o urânio não era o único elemento que apresentava essa propriedade. Os sais de tório emitiam radiações semelhantes.


Como resultado de todo esse longo trabalho, iniciado pelo físico alemão Röntgen, que teve prosseguimento com os trabalhos de Becquerel e de Pierre e Marie Curie, nasceu o estudo do fenômeno da radioatividade. Por suas descobertas, Becquerel, Pierre e Marie Curie foram laureados com o prêmio Nobel de Física em 1903.


Pierre e Marie Curie foram ainda mais longe: em uma comunicação à Academia de Ciências, em 12 de abril de 1898, anunciaram que a pechblenda – um minério contendo óxido de urânio - era bem mais radioativa que o urânio metálico isolado. Isso significava que o minério continha, além do urânio, outro elemento radioativo. Conseguiram do governo austríaco uma tonelada de pechblenda, proveniente das minas de Joachimstal e, em julho de 1898, anunciaram que haviam conseguido isolar da pechblenda um metal que, na tabela periódica, seria vizinho do bismuto. Em homenagem à pátria de Marie, este novo elemento foi chamado de polônio. No final do mesmo ano, anunciaram a descoberta de outro elemento radioativo isolado da pechblenda – o rádio.


Marie Curie passou mais quatro anos trabalhando com a pechblenda, até conseguir isolar uma quantidade significativa de rádio, determinar a massa atômica (226) e algumas de suas propriedades, como o fato de ser 1,4 milhões de vezes mais radioativo que o urânio. Em 1911, recebeu seu segundo Nobel, agora de Química, por essas últimas descobertas.


Pierre Curie morreu, tragicamente, em 1906, após ter sido atropelado. Marie Curie morreu de leucemia com 67 anos, em 4 de julho de 1934, provavelmente vítima das radiações a que ficara exposta durante grande parte de sua vida.


A descoberta da radioatividade artificial


Em janeiro de 1934, o casal Irène Curie e Frédéric Joliot, filha e genro de Marie Curie, respectivamente, descobriram a radioatividade artificial. Através do bombardeamento de uma folha de alumínio-27 com partículas α, observaram a criação de um novo isótopo radioativo, ou radioisótopo, o fósforo-30. Este experimento mostrou ser possível fabricar radioisótopos que não existiam na natureza, através do bombardeamento de um núcleo estável. Por esta descoberta, foram laureados em 1935 com o prêmio Nobel de Química 9,10.


A descoberta do nêutron


Nos anos 20, Rutherford, na Inglaterra, W. D. Harkins, nos EUA, e Orme Masson, na Austrália, propuseram, de forma independente, a possível existência de uma outra partícula, sem carga, que chamaram de “nêutron”, que resultaria da combinação de um elétron (negativo) e um próton (positivo). Somente em 1932, James Chadwick, na Inglaterra, comprovou a existência do nêutron, após irradiação de uma folha de berílio com partículas α, oriundas do decaimento do polônio 11,12.


A descoberta do pósitron


Prevista teoricamente por P. A. M. Dirac em 1928, foi comprovada a existência do “elétron positivo” por C. D. Anderson em 1932, em estudos das interações dos raios cósmicos em uma câmara de nuvens (“cloud chamber”), que também sugeriu o nome “pósitron” para esta nova entidade. O pósitron, similar às partículas α e β, é encontrado nas desintegrações de radionuclídeos artificiais 12.


A descoberta da fissão nuclear


Por volta de 1934, o físico italiano Enrico Fermi notou fotos que o bombardeamento do núcleo de certos átomos com nêutrons de velocidade moderada fazia com que o núcleo capturasse o nêutron. Isso levou Fermi a concluir que o bombardeamento do urânio (Z=92) com nêutrons moderados deveria produzir elementos transurânicos (Z>92), até então desconhecidos. Ele e sua equipe fizeram algumas experiências nesse sentido, sem isolar nenhum elemento novo 13.


Realizando experiências similares, os químicos Otto Hahn e Fritz Stassmann, em 1938, detectaram a presença de bário (Z=56), após o bombardeamento do urânio com nêutrons moderados. A explicação para o fato foi dada por uma cientista da equipe, a física austríaca Lise Meitner, e por seu sobrinho, o físico Otto R. Frisch: “O núcleo do átomo de urânio é instável e, ao ser bombardeado com nêutrons moderados, rompe-se praticamente ao meio, originando dois núcleos de massa média e liberando 2 ou 3 nêutrons, além de mais energia”. A esse fenômeno foi dado o nome de fissão nuclear 14.


Durante muitos anos, Meitner foi indicada para o prêmio Nobel, mas nunca recebeu essa homenagem. Mas, em 1998, a confirmou o nome Meitnério para o elemento 109. Alguns consideram essa homenagem maior e mais justa que um Nobel 7.






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