Como um átomo perde prótons

Os átomos são os blocos de construção fundamentais de toda a matéria. Os átomos consistem em um núcleo denso com carga positiva que contém prótons e nêutrons. Os elétrons com carga negativa orbitam o núcleo. Todos os átomos de um determinado elemento possuem o mesmo número de prótons, conhecido como número atômico. Existem dois processos gerais pelos quais um átomo pode perder prótons. Como um elemento é definido pelo número de prótons em seus átomos, quando um átomo perde prótons, ele se torna um elemento diferente.

Uma das maneiras pelas quais um átomo perde prótons é por meio do decaimento radioativo, que ocorre quando um átomo tem um núcleo instável. A estabilidade de um núcleo depende da proporção de prótons para nêutrons. Para elementos menores, como carbono e oxigênio, o número de prótons é aproximadamente igual ao número de nêutrons e os núcleos são estáveis. Para elementos mais pesados, como urânio e plutônio, existem muito mais nêutrons do que prótons, e os núcleos desses elementos são extremamente instáveis. Na verdade, todos os elementos que têm mais de 83 prótons são instáveis. Os três tipos de decaimento radioativo são conhecidos como alfa, beta e gama.

O decaimento alfa é a única maneira pela qual um átomo perderá prótons espontaneamente. Uma partícula alfa consiste em dois prótons e dois nêutrons. É essencialmente o núcleo de um átomo de hélio. Depois que um átomo sofre uma emissão alfa, ele tem dois prótons a menos e se torna um átomo de um elemento diferente. Um desses processos é quando um átomo de Urânio-238 ejeta uma partícula alfa e o átomo resultante é então Tório-234. A decadência alfa continuará a ocorrer até que resulte um átomo com um núcleo estável. As partículas alfa são relativamente grandes e são rapidamente absorvidas. Portanto, eles não viajam muito pelo ar e não são tão perigosos quanto os outros tipos de decomposição radioativa.

O outro processo pelo qual um átomo pode perder prótons é conhecido como fissão nuclear. Na fissão nuclear, um dispositivo é usado para acelerar nêutrons em direção ao núcleo de um átomo. A colisão dos nêutrons com o átomo faz com que o núcleo do átomo se quebre em fragmentos. Cada fragmento tem cerca de metade da massa do átomo original.

Quando somados, porém, a soma das massas dos fragmentos não é igual à massa do átomo original. Isso ocorre porque vários nêutrons são normalmente emitidos como fragmentos de átomos e parte da massa é convertida em energia. Na verdade, uma pequena quantidade de matéria gera uma enorme quantidade de energia.

Uma aplicação comum para a fissão nuclear é a geração de energia nuclear. Em uma usina nuclear, a energia da fissão é usada para aquecer a água, que cria vapor para girar uma turbina e gerar eletricidade. Aproximadamente 20% da eletricidade nos Estados Unidos vem de usinas nucleares.

Outra aplicação da fissão nuclear é a fabricação de armas nucleares. Em uma arma nuclear, um dispositivo de gatilho é usado para iniciar a fissão. Uma fragmentação leva a outra, resultando em uma reação em cadeia que libera uma enorme quantidade de energia destrutiva.

As únicas duas maneiras pelas quais os átomos perdem prótons é por meio do decaimento radioativo e da fissão nuclear. Ambos os processos ocorrerão apenas em átomos que possuem núcleos instáveis. É bem conhecido que ocorre radioativamente de forma natural e espontânea. De acordo com J. Marvin Herndon, também há evidências que sugerem que a fissão nuclear ocorre naturalmente no manto e no núcleo da Terra, não apenas em dispositivos feitos pelo homem, como bombas nucleares ou reatores de usinas de energia.