Por: Prof. Roberto N. Onody *
Caro leitor,
Na sexta-feira, dia 25 de novembro, enviei a todo o corpo discente a primeira edição da newsletter “Ciência em Panorama”. A newsletter seguiu, em formato pdf, como anexo ao e-mail. O objetivo é divulgar Ciência e Tecnologia através de múltiplos canais de comunicação. O site “Notícias de Ciência e Tecnologia” no portal IFSC-USP continuará funcionando. Quero agradecer ao empenho e competência do Sr. Rui Sintra, nosso assessor de comunicação. É ele quem faz a diagramação dos textos que envio, posicionando as figuras (que, obrigatoriamente, vão separadas do texto) e me alertando sobre fórmulas matemáticas que não podem ser digitadas diretamente no Word. Eu vejo nosso portal como um meio importante para se atingir um público fora dos muros universitários.
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Cada newsletter “Ciência em Panorama” possuirá um certo número de artigos. A partir deles, selecionarei um para ser adaptado e publicado no portal. O de hoje se intitula: Um ´foie gras´ de Sódio
Dezembro/2022
Boa leitura!
Um ´foie gras´ de Sódio
Figura 1 – O cíclotron do RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science, no Japão. Ele pode acelerar núcleos desde o hidrogênio até o urânio! (Crédito: Riken Nishina Center for Accelerator-Based Science)
O foie gras (fígado gordo) é um alimento muito apreciado na culinária francesa. É produzido a partir de fígados de patos e gansos que são engordados e forçados a comer sem parar através de tubos enfiados até o esôfago. O resultado é um fígado com muita gordura e um volume dez vezes maior do que o normal. É um procedimento cruel. Países como Alemanha, Itália, Turquia, Polônia, Tchecoslováquia e Finlândia baniram sua produção.
A ciência também opera um ´foie gras´ nos núcleos dos elementos químicos, só que com objetivos muito mais nobres. Poderosos aceleradores forçam núcleos atômicos engolirem mais nêutrons, construindo novos isótopos. Isso permite estudar vários modelos teóricos e, em particular, testar limites de estabilidade nuclear. Além disso, novos elementos radioativos acabam sendo criados que poderão vir a ser utilizados pela medicina.
Em experimento recente, o RIKEN (Radioactive Isotope Beam Factory) Nishina Center criou o isótopo mais pesado do 39 Sódio, com 11 prótons 28 nêutrons (Figura 1).
O sódio é um elemento químico abundante e fundamental à vida dos animais. Na sua forma iônica, é um dos responsáveis pela transmissão dos impulsos nervosos e pelo balanço eletrolítico que influencia o crescimento, o apetite e o metabolismo de aminoácidos e de vitaminas.
Na sua forma composta de cloreto de sódio (NaCl), o sal é utilizado desde tempos imemoriais como tempero e na conservação de carnes. Uma pessoa de 50 kg possui cerca de 200 g de cloreto de sódio no seu corpo. Quando suamos nós perdemos sal que precisa então ser ingerido para ser reposto. A ingestão diária de sal deve estar entre 0,5 e 2 g. Nós, brasileiros, consumimos o dobro do recomendado.
O sódio foi separado quimicamente do cloro pelo inglês Humphry Davy, no começo do século XIX, utilizando eletricidade. Além do seu papel na manutenção química de nossas células, o sódio (quando associado ao Flúor) tem aplicações tecnológicas importantes como no diagnóstico de câncer através do PET (Tomografia por Emissão de Pósitrons). Lembramos também que, até uma década atrás, eram as lâmpadas de sódio que iluminavam a maioria das nossas ruas. Paulatinamente, elas vêm sendo substituídas pelas lâmpadas de LED, mais econômicas.
Uma curiosidade… em 1998, observando uma chuva de meteoritos, astrônomos detectaram uma cauda (invisível) de átomos de sódio deixados para trás pela Lua. Sem atmosfera, esses meteoritos impactaram a superfície da Lua, liberando átomos de sódio que foram, em seguida, carregados pelo vento solar.
O núcleo de um átomo é formado pela ligação de um número Z de prótons (que têm carga elétrica positiva) com um número N de nêutrons (carga nula). Como sobre os prótons age a repulsão eletrostática, o que mantém um núcleo coeso é a força nuclear atrativa (mediada por mésons Pi) entre próton-próton, nêutron-nêutron e próton-nêutron.
Figura 2 – Uma fábrica de isótopos – o acelerador do Facility for Rare Isotope Beams da Universidade de Michigan, EUA. Foi inaugurado em maio/2022 e custou 730 milhões de dólares (Crédito: domínio público)
Um núcleo é chamado de instável se sua composição (caracterizada por Z e N) muda com o tempo. Isso pode acontecer de várias maneiras: o núcleo decai emitindo uma partícula alfa (composta por 2 prótons e 2 nêutrons), um nêutron se transforma em um próton, emitindo um elétron e um antineutrino (decaimento beta), um próton se transforma em um nêutron, emitindo um neutrino e um pósitron (a antipartícula do elétron), um próton captura um elétron da órbita se transformando em um nêutron e emitindo um neutrino, etc.
O número de prótons Z define o elemento químico. Núcleos com o mesmo Z mas diferentes valores de N são chamados de isótopos (Figura 2).
Figura 3 – O Sódio é menos denso do que a água. Ele se funde a 97,8 oC e evapora a 882,9 oC. No estado metálico, ele pode ser cortado com uma faca (Crédito: Hackaday)
Em geral, para núcleos estáveis, N é maior ou igual a Z. Só existem duas exceções: o Hidrogênio (1H, Z=1, N=0) e o Hélio-3 (3He, Z=2, N=1). Dos 118 elementos químicos conhecidos até agora, o que tem maior número de isótopos estáveis é o Estanho (Z=50), com 10 isótopos estáveis. O elemento mais pesado, que ainda tem isótopos estáveis, é o Chumbo (Z=82), com 4 isótopos estáveis.
Voltando ao Sódio (Z=11), ele é um sólido metálico a temperatura ambiente. Ele reage violentamente com a água e ácidos. É altamente corrosivo para os olhos, para a pele e mucosas (Figura 3).
Há 22 isótopos de Sódio, mas, somente um é estável, o 23Na (Z=11, N=12). O isótopo 22Na (Z=11, N=11) emite pósitrons e é utilizado no equipamento chamado PET (tomografia por emissão de pósitrons), para a análise de tumores.
O experimento realizado no laboratório RIKEN produziu o isótopo 39Na (Z=11, N=28), o núcleo de sódio mais pesado conhecido até agora. Nenhum modelo teórico do núcleo previa a sua existência.
Toshiyuki Kubo é um físico nuclear que trabalha com uma equipe de 26 colaboradores, no cíclotron RIKEN. Eles lançaram núcleos de cálcio, 48Ca, contra o Berílio (Z=4) e os fragmentos da colisão passaram por uma sequência de magnetos. Após dispararem 500 quatrilhões (5.1017) de núcleos de 48Ca, eles confirmaram a criação de 9 (isso mesmo, apenas nove) núcleos de 39Na.
*Físico, Professor Sênior do IFSC – USP
e-mail: onody@ifsc.usp.br
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(Agradecimento: ao Sr. Rui Sintra da Assessoria de Comunicação)
Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
