Penetrar no
impenetrável dividir o indivisível, eis os feitos da inteligência humana. E, de
repente, uma descoberta: ambos o impenetrável Universo e o aparentemente indivisível
átomo – são idênticos em sua estrutura. E ambos podem ser analisados e conhecidos.
O átomo, para servir ao homem, gerando energia, curando as doenças, diminuindo
as distâncias: o átomo que, afinal, foi domado.
A radioatividade
existe desde que o mundo é mundo, mas durante muito tempo os homens
estiveram tão ocupados com outros – problemas importantes, que nem lhe deram
atenção. Em 1896, porém, o físico francês Becquerel interessou-se pelo assunto
e começou a estudá-lo. Depois dele, uma cientista polonesa Marie Curie continuou
pesquisando o campo da radioatividade até fazer notáveis descobertas que lhe
valeram dois prêmios Nobel. Desde então, os cientistas passaram a investigar a
radioatividade, desvendando aos poucos o mistério que a circundava.
Sabe-se
atualmente que há no universo 92 elementos químicos naturais com estrutura
atômica estável. O primeiro deles, o hidrogênio, tem o átomo com um próton, um
elétron e nenhum nêutron. O último da lista é o urânio, cujo átomo reúne 92
prótons, 92 elétrons e um número diferente de nêutrons. Elementos que possuem o
mesmo número de prótons e número diverso de nêutrons recebem o nome de isótopos.
O isótopo
radioativo emite partículas de caráter bem definido. As partículas alfa
têm a mesma constituição do núcleo do átomo do hélio, com carga elétrica
positiva. As partículas beta são elétrons, apresentando carga elétrica
negativa. O terceiro tipo de radiação – os raios gama – é de natureza
eletromagnética, como os raios X.
Alguns
elementos, como o rádio, o urânio e o tório, são naturalmente radioativos, mas
há outros que exigem métodos artificiais para poderem emitir partículas. Todos eles,
entretanto, sofrem transformações com a radioatividade, pois a perda de
partículas altera o peso atômico dos átomos, modificando a sua estrutura
interna. O átomo de rádio, por exemplo, perde 4 unidades do seu peso atômico
(226) sempre que emite uma partícula alfa, pois o peso desta é 4. Dessa forma,
seu peso atômico passa a ser 222 e ele se transforma num gás raro – o radônio.
As partículas desprendem-se do átomo em radiação a grande velocidade e a imensa
energia de que dispõem faz delas projéteis de grande potência, a despeito de
sua dimensão mínima.
Impressionados
com essas qualidades das partículas alfa, diversos cientistas, a partir de
1920, procuraram utilizá-las para bombardear o átomo, a fim de conhecer suas
reações. O “canhão” criado pelo físico inglês Sir Ernest Rutherford tinha essa
finalidade e era um dispositivo simples: consistia num caixão de chumbo
contendo um fragmento de rádio, o qual emitia suas partículas através de um
orifício numa das paredes do caixão.
Logo de
início, porém, surgiu um transtorno: os “projéteis” do canhão nunca atingiam
seu alvo – o núcleo atômico. Eram sempre repelidos por uma força desconhecida.
Daí, os “artilheiros” científicos concluíram que deveria haver um agente
elétrico positivo, barrando a passagem das partículas alfa, também positivas.
Dito e feito: pouco depois se confirmou a existência do próton.
Os físicos
Cockcrof e Walton idealizaram um aparelho onde o próton ficava entre dois polos
metálicos: um positivo, outro negativo. O próton livre (de carga positiva) era
atraído a grande velocidade para o polo negativo, revelando-se um excelente
projétil para certas formas de bombardeamento de núcleos.
Mas nem por
isso os “canhões” de partículas alfa perderam seu prestígio. Foi com um deles
que, em 1931, foi bombardeado um núcleo de berílio, com um curioso resultado: a
partícula alfa, com suas 2 cargas elétricas, penetrou no núcleo de berílio, que
possui 4 cargas. Estas não reagiram à intromissão e o núcleo passou a ter ao
todo 6 cargas, convertendo-se num núcleo de carbono. Nesse momento, aconteceu
uma surpresa: o novo núcleo emitiu uma partícula até então desconhecida, a qual
demonstrou não ter carga elétrica – nem positiva, nem negativa. Por ser eletricamente
neutra, recebeu o nome de nêutron.
Ao estudar
de perto a nova partícula, os físicos verificaram que ela divide com o próton o
minúsculo espaço do núcleo, cujo raio equivale à milionésima parte do milionésimo
de um centímetro. E descobriram que no átomo do rádio existem 88 prótons para
138 nêutrons. O hidrogênio é o único elemento excepcional: seu núcleo tem somente
um próton, não apresentando nenhum nêutron.
Todas as
investigações práticas da estrutura atômica dependem do bombardeamento de
núcleos e, por isto, o descobrimento do nêutron ocorreu em boa hora. Graças a ele,
foram aposentados os velhos “canhões” de partículas alfa, cujos projéteis se
desviavam do alvo em virtude da carga positiva dos prótons do núcleo. Não
dispondo de carga elétrica, o nêutron não sofre a influência de nenhuma outra
partícula: segue diretamente até o núcleo e choca-se contra ele,
desintegrando-o em seguida.
Quando o
assunto é átomo, existe uma regra importante: a diferença entre dois átomos é o
número de elétrons que cada qual possui. Isso porque o número de elétrons de um
átomo é fixo, bem como a sua distribuição em volta do núcleo. O mesmo não
acontece com os nêutrons: às vezes aparecem átomos com mais nêutrons do que o
normal, como acontece com o oxigênio. Normalmente, o átomo de oxigênio tem 8
nêutrons, mas eventualmente pode apresentar 9. Esse nêutron excedente não muda
suas características químicas, mas altera o seu peso atômico. Por terem o mesmo
número de elétrons dos átomos normais e serem quimicamente idênticos a eles, esses
átomos excepcionais são postos na mesma escala que eles, na tabela de
Mendeleiev. Mas o seu peso atômico diferente lhes dá um título especial: chamam-se
isótopos. O átomo do deutério é um exemplo típico disso: embora tenha a mesma
estrutura química do hidrogênio, o deutério difere dele por ter um nêutron, que
o torna mais pesado. Dessa forma, o deutério é um isótopo do hidrogênio.
Combinado com o oxigênio, o deutério se transforma num líquido muito usado nos
reatores atômicos – a água pesada.
O fio da
meada que iria conduzir à grande descoberta – a fissão nuclear – esteve por
muito tempo na mão de Sir Ernest Rutherford. Muitos cientistas faziam
pesquisas; suas descobertas eram confrontadas e encadeadas, mas sempre, de uma
forma ou de outra, estavam relacionadas com as de Rutherford. Este, entretanto,
apesar de se interessar profundamente pelos núcleos dos átomos e acreditar que
se poderia obter energia a partir destes, afirmava que para conseguir isso, era
necessário dispender mais energia do que aquela que o próprio átomo poderia
fornecer. Quem provou o contrário foi um químico alemão, Otto Hahn, que
trabalhara com Rutherford. Juntamente com Fritz Strassman, em Berlim, conseguiu
cindir átomos de urânio, bombardeando seus núcleos com nêutrons. Não suportando
a carga do nêutron adicional, o átomo dividia-se em duas partes. Finalmente o
indivisível estava dividido!
Este
fenômeno foi então corretamente interpretado por Lise Meitner – que já
anteriormente havia desenvolvido pesquisas com Hahn. Ela afirmou que a fissão
de um átomo levaria diretamente à reação em cadeia. Isto quer dizer que,
fragmentando-se um átomo de urânio, este expulsa novos nêutrons que, por sua
vez, vão atingir novos átomos e assim, sucessivamente, numa escala cada vez
maior. Suas conclusões foram publicadas em 1939, num trabalho elaborado
conjuntamente com Otto Frisch.
Daí à bomba
atômica e, principalmente, ao controle e à utilização racional da energia
atômica, os fatos se precipitaram. Ο caminho foi trilhado por aproximadamente
6.000 cientistas, de todas as nacionalidades, que contribuíram cada um com seu
quinhão.
A
confirmação prática da reação em cadeia foi conseguida por Enrico Fermi, que
havia muito tempo afirmava tal possibilidade. A 2 de dezembro de 1942, Fermi
produziu a primeira reação em cadeia autossustentada, iniciando a liberação controlada
de energia nuclear. Isso ocorreu na Universidade de Chicago, numa pequena
dependência situada no campo de esportes.
Um único
átomo de urânio, ao desintegrar-se, liberta uma energia cem milhões de vezes
maior do que a produzida pela queima de uma molécula inteira de um combustível
como a gasolina. Conhecendo esse potencial, os físicos criaram a bomba atômica,
na qual uma grande massa de urânio é bombardeada com nêutrons, para obtenção de
uma gigantesca reação em cadeia. Os milhões de núcleos que assim se rompem
libertam instantaneamente uma quantidade monstruosa de energia, a qual faz a
temperatura subir a milhões de graus. A massa de ar aquecido que se forma no
local da explosão atômica varre a região vizinha num raio de muitos
quilômetros, destruindo tudo que encontra pela frente, como aconteceu nas
cidades de Hiroshima e Nagasáqui, onde foram lançadas as primeiras bombas desse
tipo.
Por sorte,
os mesmos homens que criaram o poder destrutivo da explosão nuclear descobriram
também a maneira de controlar a fissão dos átomos, a fim de que a reação em
cadeia se estenda por longos períodos, permitindo o uso de sua energia para
fins pacíficos. Assim surgiram as pilhas atômicas (ou reatores
nucleares), uma das quais está em São Paulo, na Cidade Universitária.
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