Princípos básicos de proteção radiológica

Fundamentos da Física

ESTRUTURA DA MATÉRIA

                                               

A questão da estrutura da matéria vem recebendo atenção de filósofos e cientistas desde os primórdios da civilização. Sob o ponto de vista de proteção radiológica, a matéria pode ser considerada como constituída de partículas fundamentais cujas propriedades de interesse são a massa e a carga elétrica. Neste contexto, as três partículas importantes para a compreensão da estrutura e propriedades da matéria são os elétrons (e), os prótons (p) e os nêutrons (n). 

A esta pode ser acrescentado o fóton, tipo especial de partícula associada à radiação eletromagnética. Partículas mais elementares como léptons e quarks fogem ao escopo desta publicação. O elétron já era conhecido desde o século dezenove como a unidade de carga elétrica, tendo sua carga negativa o mesmo valor numérico que a do próton, ou seja, 1,6021.10-19 C.

O nêutron não possui carga elétrica e tem uma massa aproximadamente igual à do próton. Assim, o núcleo possui uma carga elétrica positiva cujo tamanho depende do número de prótons nele contidos.

Átomo e Estrutura do Átomo

O átomo é a menor partícula de um elemento que conserva suas propriedades químicas, sendo constituído por partículas fundamentais (prótons, elétrons e nêutrons). Os prótons e os nêutrons encontram-se aglomerados numa região central muito pequena, chamada núcleo, que se mantêm unida mediante forças nucleares fortes, que têm caráter atrativo e são muitas ordens de grandeza superiores à força de repulsão eletrostática existente entre os prótons, a qual tenderia a expulsá-los do interior do núcleo. 

A densidade do núcleo é muito elevada, sendo da ordem de milhões de toneladas por centímetro cúbico. Segundo o modelo atômico de Bohr, os elétrons, partículas de massa insignificante frente à massa do núcleo (me ≅ mp/1840) e carga elétrica negativa, movem-se em torno do núcleo, numa região denominada coroa, cujo raio é cerca de dez mil vezes maior que o raio do núcleo.

Como a massa dos elétrons que orbitam em torno do núcleo é muito pequena, é correto considerar o núcleo como um ponto minúsculo no centro do átomo onde está concentrada a maior parte de sua massa. O átomo de um elemento possui uma massa bem definida, cujo valor exato é determinado em relação à massa de um elemento tomado como padrão. 

Em 1961, por um acordo internacional entre físicos e químicos, foi estabelecida uma escala unificada, tendo sido atribuído o valor exato de 12,000000 para a massa atômica do carbono-12. Assim, nessa escala, uma unidade de massa atômica é igual a 1/12 da massa do átomo de carbono-12, ou seja: 1 u.m.a. = 1/12 da massa do carbono-12 = 1,6598.10-24g.

O próton possui uma massa de 1,00759 u.m.a., valor muito semelhante à massa do átomo de hidrogênio, e uma carga positiva igual a 1,6021.10-19 C. O nêutron possui uma massa de 1,00898 u.m.a., valor muito próximo ao da massa do próton, sendo eletricamente neutro.

As propriedades químicas dos átomos são definidas pelo número atômico Z (número de unidades de carga positiva existente no átomo), sendo esta a característica que diferencia um elemento de outro. 

Normalmente, o número de unidades de carga positiva é igual ao da negativa, tornando o átomo eletricamente neutro. Átomos de um elemento podem se combinar com átomos de outro elemento formando moléculas. Por exemplo, quatro átomos de hidrogênio podem se combinar com um átomo de carbono para formar uma molécula de metano, CH4.