Resultados de Aprendizagem
- li>Lista de aplicações comuns de isótopos radioactivos
Isótopos radioactivos têm as mesmas propriedades químicas que os isótopos estáveis do mesmo elemento, mas emitem radiação, que pode ser detectada. Se substituirmos um (ou mais) átomo(s) por radioisótopo(s) num composto, podemos rastreá-los através da monitorização das suas emissões radioactivas. Este tipo de composto é chamado de marcador radioactivo (ou etiqueta radioactiva). Os radioisótopos são utilizados para seguir as vias das reacções bioquímicas ou para determinar como uma substância é distribuída dentro de um organismo. Os marcadores radioactivos são também utilizados em muitas aplicações médicas, incluindo tanto o diagnóstico como o tratamento. São utilizados para medir o desgaste do motor, analisar a formação geológica em torno de poços de petróleo, e muito mais.
p>Radioisótopos revolucionaram a prática médica (ver Meia-vida para Vários Isótopos Radioactivos), onde são utilizados extensivamente. Mais de 10 milhões de procedimentos de medicina nuclear e mais de 100 milhões de testes de medicina nuclear são realizados anualmente nos Estados Unidos. Quatro exemplos típicos de traçadores radioactivos utilizados em medicina são o tecnécio-99 {{43}^{99}^texto{Tc}}, tálio-201(esquerda(81}_{81}^{201}{201}texto{Tl}direita), iodo-131(esquerda_{53}^{131}texto{I}direita), e sódio-24(esquerda_{11}{24}{24}texto{Na). Os tecidos danificados no coração, fígado e pulmões absorvem preferencialmente certos compostos de tecnécio-99. Depois de injectado, a localização do composto de tecnécio, e consequentemente do tecido danificado, pode ser determinada através da detecção dos raios γ emitidos pelo isótopo Tc-99. O tálio-201 torna-se concentrado em tecido cardíaco saudável, pelo que os dois isótopos, Tc-99 e Tl-201, são utilizados em conjunto para estudar o tecido cardíaco. O Iodo-131 concentra-se na glândula tiróide, no fígado, e em algumas partes do cérebro. Pode, portanto, ser utilizado para monitorizar o bócio e tratar doenças da tiróide, tais como a doença de Grave, bem como tumores hepáticos e cerebrais. Soluções salinas contendo compostos de sódio-24 são injectadas na corrente sanguínea para ajudar a localizar obstruções ao fluxo de sangue.
Figure 1. A administração do tálio-201 a um paciente e a realização subsequente de um teste de stress oferecem aos profissionais médicos uma oportunidade de analisar visualmente a função cardíaca e o fluxo sanguíneo. (crédito: modificação do trabalho por “Blue0ctane”/Wikimedia Commons)
Radioisótopos utilizados em medicina têm tipicamente meia-vida curta – por exemplo, o ubíquo Tc-99m tem uma meia-vida de 6,01 horas. Isto torna o Tc-99m essencialmente impossível de armazenar e proibitivamente dispendioso de transportar, pelo que é feito no local em vez disso. Os hospitais e outras instalações médicas utilizam Mo-99 (que é extraído principalmente de produtos de fissão U-235) para gerar o Tc-99. O Mo-99 sofre a decomposição de β com uma semi-vida de 66 horas, e o Tc-99 é então quimicamente extraído. O nuclídeo pai Mo-99 faz parte de um ião molibdato, {\i1}_{4}^{2-}; quando decai, forma o ião pertecetato, {\i}_{4}^{\i1}{\i1}{\i1}{\i1}{\i1}_texto{\i}}. Estes dois iões solúveis em água são separados por cromatografia de coluna, com o ião molibdato de carga mais alta a adsorver-se na alumina da coluna, e o ião pertecetato de carga mais baixa a passar através da coluna na solução. Alguns microgramas de Mo-99 podem produzir Tc-99 suficientes para realizar até 10.000 testes.
Figure 2. (a) O primeiro gerador Tc-99m (cerca de 1958) é utilizado para separar o Tc-99 do Mo-99. O MoO42- é retido pela matriz na coluna, enquanto que o TcO4- passa por ele e é recolhido. (b) O Tc-99 foi utilizado neste scan do pescoço de um paciente com doença de Grave. O varrimento mostra a localização de concentrações elevadas de Tc-99. (crédito a: modificação do trabalho pelo Departamento de Energia; crédito b: modificação do trabalho por “MBq”/Wikimedia Commons)
Radioisótopos também podem ser utilizados, tipicamente em doses mais elevadas do que como traçador, como tratamento. A radioterapia é a utilização de radiação de alta energia para danificar o ADN das células cancerosas, o que as mata ou as impede de se dividirem. Um doente com cancro pode receber radioterapia por feixe externo entregue por uma máquina fora do corpo, ou radioterapia interna (braquiterapia) a partir de uma substância radioactiva que tenha sido introduzida no corpo. Note-se que a quimioterapia é semelhante à radioterapia interna na medida em que o tratamento do cancro é injectado no corpo, mas difere na medida em que a quimioterapia utiliza substâncias químicas em vez de substâncias radioactivas para matar as células cancerosas.
Figure 3. O desenho animado em (a) mostra uma máquina de cobalto-60 utilizada no tratamento do cancro. O diagrama em (b) mostra como o pórtico da máquina Co-60 balança através de um arco, focando a radiação na região alvo (tumor) e minimizando a quantidade de radiação que passa pelas regiões próximas.
Cobalt-60 é um radioisótopo sintético produzido pela activação de neutrões da Co-59, que depois sofre a decomposição de β para formar Ni-60, juntamente com a emissão de radiação γ. O processo global é:
{}_{27}^{59}\text{Co}+{}_{0}^{1}\text{n}\longrightarrow {}_{27}^{60}\text{Co}\longrightarrow {}_{28}^{60}\text{Ni}+{}_{-1^{0}{0}{0}{0}^{0}^gamma
O esquema de decaimento geral para isto é mostrado graficamente na Figura 4.
Figure 4. Co-60 sofre uma série de decaimentos radioactivos. As emissões de γ são utilizadas para radioterapia.
Radioisótopos são utilizados de diversas formas para estudar os mecanismos das reacções químicas em plantas e animais. Estes incluem a rotulagem de fertilizantes em estudos de absorção de nutrientes pelas plantas e crescimento de culturas, investigações de processos digestivos e de produção de leite em vacas, e estudos sobre o crescimento e metabolismo de animais e plantas.
Por exemplo, o radioisótopo C-14 foi utilizado para elucidar os detalhes de como ocorre a fotossíntese. A reacção global é:
{\text{6CO}}_{2}\left(g\right)+{\text{6H}}_{2}\text{O}\left(l\right)\longrightarrow {\text{C}}_{6}{\text{H}}_{12}{\text{O}}_{6}\left(s\right)+{\text{6O}}_{2}\left(g\right),
mas o processo é muito mais complexo, avançando através de uma série de etapas nas quais vários compostos orgânicos são produzidos. Em estudos do percurso desta reacção, as plantas foram expostas a CO2 contendo uma elevada concentração de {}_{6}^{14}{texto{C}. A intervalos regulares, as plantas foram analisadas para determinar quais os compostos orgânicos que continham carbono-14 e quanto de cada composto estava presente. A partir da sequência temporal em que os compostos apareceram e da quantidade de cada presente em determinados intervalos de tempo, os cientistas aprenderam mais sobre o percurso da reacção.
p>As aplicações comerciais dos materiais radioactivos são igualmente diversas. Incluem a determinação da espessura das películas e folhas metálicas finas, explorando o poder de penetração de vários tipos de radiação. As falhas nos metais utilizados para fins estruturais podem ser detectadas utilizando raios gama de alta energia do cobalto-60 de uma forma semelhante à forma como os raios X são utilizados para examinar o corpo humano. Numa forma de controlo de pragas, as moscas são controladas através da esterilização das moscas machos com radiação γ para que as fêmeas que se reproduzem com elas não produzam descendência. Muitos alimentos são preservados por radiação que mata microrganismos que causam a deterioração dos alimentos.
Figure 5. Os usos comerciais comuns da radiação incluem (a) exame radiográfico da bagagem num aeroporto e (b) conservação dos alimentos (crédito a: modificação do trabalho pelo Departamento da Marinha; crédito b: modificação do trabalho pelo Departamento da Agricultura dos EUA)
Americium-241, um emissor α com meia-vida de 458 anos, é utilizado em pequenas quantidades em detectores de fumo do tipo ionização. As emissões de α da Am-241 ionizam o ar entre duas placas de eléctrodos na câmara ionizadora. Uma bateria fornece um potencial que provoca o movimento dos iões, criando assim uma pequena corrente eléctrica. Quando o fumo entra na câmara, o movimento dos iões é impedido, reduzindo a condutividade do ar. Isto provoca uma queda acentuada da corrente, desencadeando um alarme.
Figure 6. Dentro de um detector de fumo, a Am-241 emite α partículas que ionizam o ar, criando uma pequena corrente eléctrica. Durante um incêndio, as partículas de fumo impedem o fluxo de iões, reduzindo a corrente e provocando um alarme. (crédito a: modificação do trabalho por “Muffet”/Wikimedia Commons)
Conceitos Chave e Resumo
Compostos conhecidos como marcadores radioactivos podem ser usados para seguir reacções, seguir a distribuição de uma substância, diagnosticar e tratar condições médicas, e muito mais. Outras substâncias radioactivas são úteis para controlar pragas, visualizar estruturas, fornecer avisos de incêndio, e para muitas outras aplicações. Centenas de milhões de testes e procedimentos de medicina nuclear, utilizando uma grande variedade de radioisótopos com meia-vida relativamente curta, são realizados todos os anos nos EUA. A maioria destes radioisótopos tem meia-vida relativamente curta; alguns são suficientemente curtos para que o radioisótopo tenha de ser fabricado no local em instalações médicas. A radioterapia utiliza radiação de alta energia para matar células cancerígenas, danificando o seu ADN. A radiação utilizada para este tratamento pode ser administrada externa ou internamente.
Try It
- Como pode um nuclídeo radioactivo ser utilizado para mostrar que o equilíbrio:\texto{AgCl}{esquerda(s) direita(s) {direita(s) {direita(s) {aq=esquerda(s) + texto{Cl}} {esquerda(sq=direita(s) {-direita) é um equilíbrio dinâmico?
- Technetium-99m tem uma meia-vida de 6,01 horas. Se um paciente injectado com tecnécio-99m é seguro para sair do hospital uma vez que 75% da dose tenha decaído, quando é permitido ao paciente sair?
- Iodo que entra no corpo é armazenado na glândula tiróide da qual é libertado para controlar o crescimento e metabolismo. A tiróide pode ser imitada se o iodo131 for injectado no corpo. Em doses maiores, I-133 é também utilizado como meio de tratamento do cancro da tiróide. I-131 tem uma meia-vida de 8,70 dias e decai por β- emission.
- Escrever uma equação para a decadência.
- Quanto tempo demorará 95.0% de uma dose de I-131 para a decadência?
\i>lambda{t}ln left(1.000}{0.050}\right)&&0.07967\text{ day}^{-1}\\t&&\dfrac{2.996}{{\text{0.07967 day}}^{-1}}=37.6\text{ dias}}{{supra{array}
Glossary
chemoterapia: semelhante à radioterapia interna, mas substâncias químicas em vez de radioactivas são introduzidas no corpo para matar células cancerosas
radioterapia por feixe externo: radiação emitida por uma máquina fora do corpo
radioterapia interna: (também, braquiterapia) radiação de uma substância radioactiva introduzida no corpo para matar células cancerígenas
terapia por radiação: utilização de radiação de alta energia para danificar o ADN das células cancerígenas, o que as mata ou as impede de as dividir
rastreador radioactivo: (também, etiqueta radioactiva) radioisótopo utilizado para rastrear ou seguir uma substância através da monitorização das suas emissões radioactivas