Você conhece o acidente de Chernobyl? Embora esse local esteja longe da realidade local, existe um caso semelhante que aconteceu no Brasil e muitas pessoas enfrentam problemas até hoje. O acidente do césio-137 demonstra que conhecimento e responsabilidade podem evitar problemas. Por isso, saiba mais sobre esse elemento neste post.
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O que é o césio-137
É provável que você já tenha ouvido falar a respeito do césio-137, pois esse elemento é mencionado em uma tragédia que aconteceu no Brasil. Contudo, nem tudo é negativo quando se trata desse elemento químico.
O césio-137, representado como 137Cs, consiste em um isótopo artificial do césio-133. Esse último, de ocorrência natural, é um isótopo mais abundante, estável e não é radioativo. Mas por que um isótopo é radioativo e o outro não? Na sequência seguem alguns fatores a respeito desse elemento químico.
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História do césio-137
O nome ‘césio’ é derivado da palavra latina ‘caesius‘, que significa ‘azul-celeste’. O químico Robert Bunsen (1811-1899) e o físico Gustav Kirchhoff (1824-1887), ambos alemães, escolheram o nome. Eles também foram os primeiros a identificar o elemento por meio de uma análise.
Em 1860, ao aquecer uma amostra contendo césio sem que soubessem, ocorreu alteração da coloração da chama, resultando em duas linhas espectrais de cor azul. Como esse espectro de emissão diferia das substâncias já conhecidas, então deduziram se tratar de um novo elemento químico.
Já em 1941, Margaret Melhase (1919-2006), então estudante de química na Universidade da Califórnia, passou 7 meses analisando uma amostra de 100 gramas de urânio irradiado com nêutrons, separando outros componentes presentes até obter um precipitado que identificou como o elemento césio.
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Infelizmente, Margaret não pode continuar seus estudos, pois foi impedida de obter seu PhD pelo diretor do departamento de química da época, Gilbert Lewis. Segundo ele, “as mulheres na época escolhiam se casar após obter se doutorar, sendo um desperdício de título e de seu tempo”.
Propriedades do césio-137
O césio-137 difere do césio encontrado na natureza pelo fato de ser sintetizado em um reator nuclear ou produzido durante a detonação de um artefato nuclear. O isótopo césio-137 também pode ocorrer naturalmente, em decorrência do processo de decaimento do urânio, mas logo convertido em outro elemento mais estável. A seguir veja algumas propriedades desse isótopo:
- Símbolo do césio-137: 13755Cs
- Massa atômica: 137
- Número atômico: 55
- Número de nêutrons: 82
- Família: 1 – metais alcalinos
- Período: 6°
- Densidade: 1,93 g cm3
- Configuração eletrônica: [Xe] 6s1
- Temperatura de fusão: 28,44 °C
- Temperatura de ebulição: 671 °C
- Processo de decaimento: por emissão de partículas beta (𝛽)
- Tempo de meia-vida: aproximadamente 30 anos
Características do césio-137
A abundância do césio-137 na crosta terrestre é muito pequena, pois sua meia-vida é de apenas cerca de 30 anos, o que é pouco em comparação a outros isótopos, como o urânio-238 que possui período de meia-vida de cerca de 4,5 bilhões de anos.
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Na sua forma pura e a 25 °C, o isótopo se apresenta como um metal e derrete poucos graus acima da temperatura ambiente. É macio, dúctil e possui uma coloração que pode variar de uma prata esbranquiçada a dourado levemente prateado.
O elemento tem uma forte tendência a se manter na forma de cátion (íon positivo). Esse fator está relacionado a elevada reatividade dos metais alcalinos, grupo ao qual pertence, sendo o césio o mais reativo deles. Ele pode formar uma variedade de compostos, pois reage com várias outras espécies, incluindo outros metais alcalinos e ouro, resultando na formação de ligas.
Em função de sua baixa temperatura de fusão, se assemelha aos elementos gálio e rubídio, pois também derretem com uma temperatura próxima da ambiente. Em contato com o ar ele sofre ignição espontânea e reage violentamente com a água, resultando em explosão devido à liberação de gás hidrogênio. O metal é capaz de reagir com gelo até mesmo em temperaturas abaixo de -116 °C.
Por medidas de segurança, amostras desse metal devem ser estocadas em frascos contendo óleo mineral anidro ou algum hidrocarboneto isento de água, ou ainda sob atmosfera inerte e também sob vácuo em recipientes vedados feitos de vidro borossilicato.
A maioria dos compostos formados por césio-137 são solúveis em água. Entretanto, alguns haletos duplos são insolúveis, como aqueles contendo antimônio, bismuto, cádmio, cobre, ferro e chumbo.
Aplicações
O césio-137 é adotado em tratamento radiológico e em diagnósticos. Também é utilizado em hospitais para a esterilização de instrumentos cirúrgicos e calibração de equipamentos. A vantagem desse isótopo é que seu tempo de meia-vida é relativamente longo, até que sua atividade seja reduzida à metade, tornando-o uma fonte economicamente viável. Na indústria de alimentos utiliza-se césio-137 para atividades de esterilização.
Uma das aplicações mais interessantes desse elemento é na contagem do tempo. Os relógios atômicos a base desse elemento são corrigidos em 1 segundo a cada 1 milhão e 400 mil anos. Com tamanha precisão, o controle de horário feito por esse tipo de relógio contribui para a transmissão de informações via satélite, navegação espacial, chamadas telefônicas e tráfego de informações pela internet.
Obtenção
O isótopo radioativo 137Cs é obtido em quantidades apreciáveis por meio da fissão dos elementos urânio e plutônio em reatores nucleares. Portanto, o césio-137 consiste em um dos rejeitos gerados pela utilização de combustível nuclear. Após um processo de tratamento do lixo nuclear, o isótopo é isolado e purificado, sendo destinado a outras atividades.
Precauções
Os sais de césio-137 são altamente nocivos para a saúde humana e em hipótese alguma deve ser manuseado sem os devidos cuidados. Dessa forma, é necessário que esse tipo de material seja estocado em embalagens que evitem a propagação da radiação emitida.
Tais invólucros devem ser constituídos de uma parede espessa, geralmente feita de chumbo ou de outro material capaz de absorver as partículas beta oriundas do seu decaimento e a radiação gama decorrente dos produtos de sua desintegração, como o bário-137. Portanto, é essencial que apenas profissionais qualificados manipulem o material.
Riscos para a saúde
O contato com o césio-137 ou com quaisquer um de seus compostos pode resultar em diferentes efeitos no organismo. Isso se deve ao tempo de exposição ao material radioativo e ao tipo de radiação que o indivíduo foi exposto. Se a pele for submetida a níveis elevados de radiação, podem ocorrer queimaduras graves.
No caso do material ser ingerido, podem ocorrer danos internos, pois a radiação gama resultante dos produtos do decaimento do césio-137 tem alto poder ionizante. Logo, poderá ocorrer destruição dos tecidos que compõem os órgãos. Porém, esse efeito ocorrerá apenas quando quantidades significativas do material se infiltrar no corpo humano.
Estudos realizados com radiação ionizante e baseados em epidemiologia humana apontam que os efeitos do césio-137 no corpo humano podem levar ao aparecimento de tumores malignos que potencialmente evoluem para câncer. Relacionado a isso há uma diminuição da expectativa de vida das pessoas expostas, pois outras complicações podem aparecer.
Pequenas quantidades desse material radioativo podem ser encontradas no ar, no solo e na água em decorrência de testes nucleares realizados nos anos 50 e 60. Os isótopos radioativos de 137Cs e de outros elementos gerados na detonação de artefatos nucleares formam um tipo de poeira radioativa que se espalha devido às correntes de ar. Traços de césio-137 também podem ser encontrados em áreas próximas de usinas nucleares em razão da manipulação de lixo atômico.
O acidente do césio-137
O acidente ocorrido no dia 13 de setembro de 1987, em Goiânia (Goiás), está longe de ser um acidente envolvendo a explosão de um artefato nuclear, mas não deixa de ser trágico. Várias pessoas foram diretamente e indiretamente afetadas pelo incidente.
Um equipamento abandonado de radioterapia do Instituto Goiano de Radioterapia foi vendido a um ferro-velho por conta do valor econômico do chumbo que revestia o instrumento. Infelizmente, no interior da fonte radioativa havia cloreto de césio (CsCl), um sal bastante solúvel em água, com cerca de 50,9 Tbq, valor considerado elevado.
Com a abertura da cápsula onde o sal estava presente, o composto azul brilhante chamou a atenção das pessoas daquele local, que o presentearam a familiares e conhecidos. Assim, a tragédia foi se espalhando. Como o césio tem comportamento semelhante ao sódio e ao potássio, ele se acumula nos tecidos vegetal e animal. Quem teve contato direto com o sal radioativo apresentaram náusea, vômito, diarreia, tontura e queimaduras.
Após comunicarem a Divisão de Vigilância Sanitária do estado por suspeita de que os sintomas estivessem relacionados ao material encontrado, a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) iniciou um plano de contenção e descontaminação do material radioativo e prestou serviço para as pessoas afetadas.
Essa operação foi chamada de ‘Operação Césio-137’. 112 800 pessoas foram monitoriadas e apenas 249 apresentaram contaminação interna ou externa. Das 14 pessoas internadas em estado grave, 4 delas foram a óbito e 8 desenvolveram Síndrome Aguda da Radiação (SAR). Entre 4 e 5 semanas após a contaminação, mais 4 pacientes foram a óbito em decorrência de hemorragia e infecção generalizada.
O acidente em Goiânia difere do acidente de Chernobyl (Ucrânia), ocorrido em 26 de abril de 1986. Antes do acidente, os engenheiros haviam programado a manutenção do reator n° 4 e aproveitaram a ocasião para realizar testes de segurança, verificando se o reator poderia ser resfriado em situações de falta de energia.
Após infringirem protocolos de segurança, houve a sobrecarga do reator que gerou excesso de vapor, resultando em sua explosão e um incêndio. O teto da usina foi destruído, expondo o núcleo do reator com abundância de material radioativo.
Videoaulas sobre esse material valiosamente perigoso
Na sequência, seguem alguns vídeos relacionadas ao elemento químico césio, ao isótopo césio-137, ao acidente radiológico com césio-137 em Goiânia e ao acidente nuclear da usina de Chernobyl. Assista com atenção e revise os conceitos aprendidos:
Conhecendo mais sobre o césio
Esse vídeo explora as características do elemento químico césio, o qual o isótopo césio-137 pertence. Com uma apresentação bastante didática, são apresentadas as características desse elemento, como o seu número atômico, sua massa atômica e a família da qual pertence. Além disso, também é contemplada a sua abundância na crosta terrestre, quais são as suas fontes minerais, os isótopos em maior concentração, alguns dos compostos que pode formar, a aplicação de um desses compostos na extração de petróleo e em outros setores.
A Química do Césio-137: 30 Anos do Acidente
Contextualizando com uma breve descrição do acidente com césio-137 em Goiânia, a apresentação das propriedades radioativas desse elemento é conduzida por meio da problematização sobre o que é a radioatividade. A partir desse assunto, é apresentada uma relação entre as quantidades de prótons e de nêutrons no núcleo de um átomo, assim como a proporção entre essas duas partículas que podem tornar o núcleo instável. Em seguida, são apresentadas a 3 principais formas de decaimento de um isótopo radioativo e como ocorre o processo de desintegração do césio-137.
O maior desastre radioativo da história do Brasil
A história do acidente radiológico de Goiânia é apresentada com detalhes e ilustrações muito bem elaboradas. Na primeira parte do vídeo, é traçada uma cronologia do momento em que o equipamento de radioterapia é encontrado até a remoção da cápsula contendo o sal de césio-137. Em seguida, é apresentada uma breve descrição do processo de emissão radioativa e da unidade de medida de radiação. Por fim, a descrição se estende até as medidas de contenção do material radioativo e as ações contra os culpados pelo acidente.
O acidente de Chernobyl
O vídeo conta brevemente como aconteceu o acidente na usina nuclear de Chernobyl. De forma criativa, são apresentados os motivos que levaram à explosão do reator número 4 e quais foram as ações imediatas para conter o vazamento de material radioativo. O vídeo também enfatiza a omissão do governo da época perante o desastre e como outros países ficaram sabendo do ocorrido. Várias pessoas morreram nesse acidente e muitas outras posteriormente em decorrência dos efeitos de radiação.
Apesar de o césio ser um elemento de grande aplicação, é necessário ter responsabilidade quanto ao seu uso, em especial quando se trata do césio-137. Infelizmente, muitas vidas foram tomadas por conta de negligência em relação ao seu descarte. Por esse motivo, as agências de vigilância devem estar sempre em alerta. Além disso, continue buscando conhecimento e estude mais sobre o conceito de radioatividade.
Referências
BUTTERMAN, W.C.; BROOKS, W.E.; REESE, R.G., Jr. Cesium. Mineral Commodity Profile, U.S. Geological Survey, Reston, Virginia, 2005.
DRONSFIELD, A. Look who discovered caesium… Education in Chemistry, Royal Society of Chemistry, 2010. Disponível em: https://edu.rsc.org/feature/look-who-discovered-caesium-/2020183.article.
TRADER, R. Margaret Melhase Fuchs and the radioactive isotope. Chemistry World, 4 April, 2022. Disponível em: https://www.chemistryworld.com/culture/margaret-melhase-fuchs-and-the-radioactive-isotope/4015340.article
ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Facts about cesium-137. July, 2002. Disponível em: https://semspub.epa.gov/work/HQ/176308.pdf
SECRETARIA DE ESTADO DE SAÚDE. Césio 137 Goiânia. Governo do Estado de Goiás. Disponível em: https://www.saude.go.gov.br/cesio137goiania/historia
BLAKEMORE, E. Desastre de Chernobyl: o que aconteceu e os impactos a longo prazo. National Geographic Brasil, 6 jun. 2019. Disponível em: https://www.nationalgeographicbrasil.com/2019/06/o-que-aconteceu-desastre-chernobyl-uniao-sovietica-ucrania-energia-nuclear
Por Ademar Vinicius Fagion Freitas
Graduando em Química pela Universidade Estadual de Maringá (UEM), com ênfase na área de ensino. Atua como professor de química no setor privado e como voluntário no Cursinho UEM. Curte ler, assistir filmes e séries nas horas vagas.
Fagion Freitas, Ademar Vinicius. Césio-137. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/quimica/cesio-137. Acesso em: 28 de April de 2024.
1. [Autor]
Em um laboratório foi preparada uma amostra de césio-137. Contudo, não se sabe ao certo se o procedimento funcionou e se a amostra consiste em césio-137 de fato. Para confirmar se o material é radioativo, qual dos testes deve ser realizado?
a) Determinar a temperatura de fusão.
b) Calcular a densidade.
c) Medir a condutividade elétrica.
d) Colocar o material sobre uma chapa fotográfica.
e) Analisar a temperatura de ebulição.
Item d.
Ao colocar o material sobre uma chapa fotográfica surgirão alguns pontos claro resultantes das partículas radioativas emitidas pelo núcleo dos átomos.
2. [Unirio]
Nos produtos de fissão do urânio-235, já foram identificados mais de duzentos isótopos pertencentes a 35 elementos diferentes. Muitos deles emitem radiação 𝛂, 𝛃 e 𝛄, representando um risco à população. Entre os muitos nuclídeos presentes no lixo nuclear, podemos destacar o 137Cs (césio-137), responsável pelo acidente ocorrido em Goiânia. Partindo do 137I, quantas e de que tipo serão as partículas radioativas emitidas até ser obtido o Cs-137?
a) 1 partícula 𝛃.
b) 1 partícula 𝛂.
c) 2 partículas 𝛃.
d) 2 partículas 𝛂.
e) 2 partículas 𝛄.
Item c.
A massa do núcleo é conservada, isto é, permanece a mesma (137). Dessa forma, não pode ocorrer emissão de partículas 𝛂, pois elas promovem a diminuição da massa do núcleo.
A emissão de radiação 𝛄 não faria com que o núcleo de 137I se transmutasse a 137Cs, ou seja, o iodo-137 continuaria sendo iode-137 mais estável.
Por fim, a emissão de partículas beta contribui para que o iodo-137 se converta a césio-137, pois nesse decaimento um nêutron se desintegra em um próton e uma partícula beta. Assim, o número atômico do novo núcleo aumenta em 1 unidade e a massa permanece constante, já que um nêutron foi substituído por um próton.
13753I → 13755Cs + 2 -1𝛃