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Reações de fissão nuclear

Química

As reações de fissão nuclear são a quebra de núcleos grandes e instáveis, como o do urânio-235, com formação de núcleos menores, liberação de nêutrons e muita energia.
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Em meados de 1933, o físico italiano Enrico Fermi observou que quando o núcleo atômico de determinados elementos era bombardeado por nêutrons em uma velocidade moderada, esse núcleo capturava o nêutron, emitindo radiação gama (γ), densitegrava-se posteriormente por emissão de partícula beta (-10β) e formava novos núcleos de outros elementos.

Experimentos dessa natureza foram realizados pelo físico alemão Otto Hahn, e a explicação foi dada pela física austríaca Lise Meitner e também por seu sobrinho, o físico Otoo Robert Frisch. Lise referiu-se a esse fenômeno usando pela primeira vez o termo  “fissão nuclear”. Ela disse que a fissão nuclear era quando um núcleo atômico pesado e instável era partido por causa do bombardeamento por nêutrons moderados, originando dois novos núcleos atômicos médios e liberando também 2 ou 3 nêutrons, além de uma quantidade extraordinariamente grande de energia.

Isso ocorre, por exemplo, com o núcleo do urânio-235 (92235U). Quando ele é bombardeado por um nêutron com velocidade moderada, ele se parte, originando vários pares de núcleos diferentes. Cerca de 200 isótopos diferentes de 35 elementos químicos já foram produzidos na fissão do urânio-235. Veja um exemplo abaixo, em que são liberados os isótopos do bário (56142Ba) e do criptônio (3691Kr), além de 3 nêutrons:

01n + 92235U → 56142Ba + 3691Kr  + 3 01n

Exemplo de reação de fissão nuclear do urânio-235

Observe que se os 3 nêutrons liberados na fissão estiverem em velocidade moderada, eles poderão reagir novamente com outros núcleos de urânio-235 que estiverem presentes e assim continuar uma reação em cadeia que continuará crescendo progressivamente.

No entanto, para que isso ocorra, é necessária uma quantidade de massa mínima do urânio-235. Essa menor massa físsionável que sustenta a reação em cadeia é denominada de massa crítica. Por outro lado, se a massa do urânio-235 estiver abaixo do necessário para a reação em cadeia ocorrer, ela é denominada de massa subcrítica.

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É essa reação em cadeia de forma descontrolada que é usada na explosão de bombas atômicas, tais como as que foram lançadas pelos Estados Unidos, na Segunda Guerra Mundial, contra as cidades de Hiroshima (no dia 6 de agosto de 1945) e de Nagasaki (três dias depois), no Japão. O resultado foi a morte de 125 mil pessoas em Hiroshima e 90 mil em Nagasaki.

Notícia em jornal norte-americano mencionando a bomba atômica lançada pelos Estados Unidos em Hiroshima no dia 6 de agosto de 1945
Notícia em jornal norte-americano mencionando a bomba atômica lançada pelos Estados Unidos em Hiroshima no dia 6 de agosto de 1945

Isso nos dá uma ideia da quantidade colossal de energia liberada na fissão nuclear. Mostra-nos também que o aumento do conhecimento das Ciências, tais como da Química e da Física, pode trazer enormes prejuízos aos seres humanos se não forem usados da forma correta.

Mas ela também pode trazer benefícios. Por exemplo, atualmente a maior aplicação da reação de fissão nuclear é na utilização da sua energia liberada para gerar energia elétrica nas usinas nucleares. Basicamente, a reação de fissão é feita de forma controlada, então, a energia liberada é aproveitada para aquecer a água, gerando vapor que  aciona uma turbina, que opera um gerador elétrico e produz energia elétrica.

Para entender mais a respeito de como isso é feito, leia o texto  Reator Nuclear.

Usina nuclear que utiliza a energia liberada nas reações de fissão para gerar energia elétrica
Usina nuclear que utiliza a energia liberada nas reações de fissão para gerar energia elétrica


Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

A reação de fissão nuclear é a divisão de um núcleo atômico, formando outros dois núcleos menores
A reação de fissão nuclear é a divisão de um núcleo atômico, formando outros dois núcleos menores

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

FOGAçA, Jennifer Rocha Vargas. "Reações de fissão nuclear"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacoes-fissao-nuclear.htm. Acesso em 21 de setembro de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

O estado do Rio de Janeiro possui uma usina nuclear em atividade, a Angra I. Essa usina tem como objetivo a produção de uma quantidade considerável de energia a partir do processo de fissão nuclear, no qual núcleos de alguns isótopos radioativos são bombardeados por nêutrons. Os isótopos mais comuns utilizados no processo de fissão nuclear são o Urânio e o Plutônio, representados abaixo:

92U235 e 94Pu239

Um isótopo radioativo sofre o fenômeno da fissão nuclear quando, por meio de uma reação em cadeia, forma:

a) dois ou mais núcleos atômicos menores.

b) um único núcleo atômico menor.

c) dois ou mais núcleos atômicos maiores.

d) um único núcleo atômico maior.

Questão 2

No dia 06 de Agosto de 1945, foi lançada sobre a cidade de Hiroshima, no Japão, uma bomba atômica que vitimou milhares de pessoas. Essa bomba produz uma grande quantidade de energia a partir da fissão nuclear. O isótipo mais utilizado no processo de fissão é o Urânio-235, que pode ser representado da seguinte forma:

92U235 + 0n156Ba141 + zDa + 3 0n1 + energia

Na equação representada, D, a e z representam, respectivamente:

a) partícula alfa; 2; 4.

b) pósitron; 1; 0.

c) argônio; 18; 39,9.

d) criptônio; 36; 92.

e) bário; 56; 141.

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