O tema sobre energia atômica oferece uma grande oportunidade para analisar as questões éticas e políticas nas quais a ciência está envolvida. O mito de Prometeu, o deus grego que passou grandes conhecimentos à humanidade, inclusive o domínio do fogo, contrariando Zeus, o senhor do Olimpo, é uma alegoria associada à figura do físico estadunidense Julius Robert Oppenheimer, por ser ele o diretor científico do projeto “Manhattan”, no qual foram desenvolvidas bombas atômicas de fissão nuclear para fins militares. Porém, o projeto teve a participação de vários cientistas, técnicos, militares e políticos.
A motivação inicial para a produção das bombas atômicas era a ameaça nazista de fazê-las primeiro. Instalou-se, então, uma verdadeira corrida armamentista para produzi-las antes da Alemanha.
A seção “Na tela/Na estante” da CH 402, com o artigo “Oppenheimer, para sentir e entender”, apresenta o filme “Oppenheimer” e o livro “Oppenheimer – o triunfo e a tragédia do prometeu Americano” como obras complementares para entendermos todo o processo histórico, científico e político que envolveu o desenvolvimento das bombas nucleares jogadas sobre as cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki em 1945, com o pretexto de pôr fim à Segunda Grande Guerra Mundial.
A marcha atômica à qual o texto se refere enfatiza os experimentos de Otto Hahn e Fritz Strassman onde o núcleo do elemento químico urânio foi fissionado, partido, pelo bombardeamento de nêutrons, dando origem ao elemento bário. A reação de fissão do núcleo do isótopo de urânio U235 é um tema recorrente em conteúdos para o Ensino Médio e deve ser associado à crítica quanto ao uso de materiais com potencial tóxico, radioativo e nocivo ao meio ambiente e às pessoas. É um exemplo da interação matéria-energia e envolve conceitos de química e de física quântica.
No artigo “Hiroshima e Nagasaki: razões para experimentar a nova arma” (Mourão, 2005), o bombardeamento das cidades japonesas é apontado mais como uma demonstração de força dos Estados Unidos e da Europa, dando início à Guerra Fria, do que um ataque necessário para encerrar uma guerra já finalizada.
O tema radioatividade pode ser bem explorado no Ensino Médio com o auxílio de um experimento computacional onde os estudantes poderão construir núcleos atômicos e observar os decaimentos de partículas mais comuns a cada elemento ou isótopo. Para tanto, o professor pode lançar mão da simulação computacional “Monte um núcleo”, da Simulação Phet Colorado. Como requisitos prévios, os estudantes deverão aprender sobre as emissões de partículas alfa, beta e gama, assim como a revisão permanente do conceito de unidade de massa atômica (u), número de massa, número atômico, isótopos, prótons, nêutrons e elétrons.
A exposição sobre o desenvolvimento da física quântica nos séculos XIX e XX deve ser apresentada com um recorte histórico no evento mais importante do século XX, fruto do conhecimento acerca das reações nucleares: o bombardeamento em 1945 sobre as cidades de Hiroshima e Nagasaki ao final da Segunda grande Guerra Mundial. Todo esse arcabouço conceitual será necessário para responder a uma pergunta norteadora: como as bombas detonadas sobre as cidades japonesas causaram tanta destruição? A pergunta pode ter uma primeira resposta simplista, pois toda bomba tem potencial destruidor. Mas o “como” reporta ao tipo de reação nuclear envolvida em questão: a fissão de núcleos atômicos e sua relação com a produção de energia. Para responder a essa pergunta, o professor pode demonstrar, de forma comentada, o cálculo da energia produzida na reação de fissão nuclear da bomba de Hiroshima para um único átomo de U235.
No caso da bomba de Hiroshima, chamada de Little boy, foi utilizado como material físsil o isótopo de urânio 235. A fissão artificial do isótopo U235 é realizada quando bombardeado por nêutrons e seu núcleo atômico é fissionado (partido). Como produtos da reação formam-se o bário 142, o criptônio 92, nêutrons e uma grande quantidade de energia. Os nêutrons produzidos vão bombardear outros núcleos de U235 numa reação em cadeia onde mais e mais energia é liberada. A reação nuclear apresentada abaixo ilustra a fissão do urânio.
92235U + 01n → 56142Ba + 3692Kr + 20 1n + energia
Mais uma vez, ocorre a transmutação de um elemento químico em outros elementos por alteração no número de partículas do núcleo atômico. E, nesse caso, pela fissão nuclear do U235.
Mas há um detalhe a se considerar, que são as massas atômicas das partículas de reagentes e produtos:
92235U=235,04 u; 56142Ba=141,92 u; 3692Kr=91,92 u; 01n=1,0087 u.
Somando-se as massas dos produtos e somando-se as massas dos reagentes, o resultado é diferente! Ou seja, a soma das massas dos produtos é menor pois há uma perda de massa no processo de fissão nuclear, que, no exemplo, é de -0,1913 u. A perda de energia acompanha uma perda de massa. Essa pequena massa se converteu em energia, uma relação apresentada pela famosa equação de Einstein:
E=m.c2
Onde, E = energia (J); m = massa (kg); c = velocidade da luz (3,0 x 108m.s-1).
Sabendo-se que: 1J = 1kg.m.s-1
Considerando-se que 1 u= 1,6605 x 10-27 kg, é possível calcular a energia equivalente à massa convertida (-0,1913 u) em kg. Algo em torno de 2,88 x 10-11 J.
Agora, imagine se 1,0 g de U235 for consumido na reação? Convertendo-se 235,04 u em kg e utilizando-se uma regra de três, pode ser um desafio pedir que a turma conclua os cálculos, cujo resultado é em torno de 7,3 x 1010 J ou 73 GJ.
Retomando-se a questão norteadora, o resultado mostra o poder destruidor da bomba de Hiroshima. A energia liberada tem um conjunto de efeitos tais como calor, pulso eletromagnético, luz, raios-X e gama. A bomba de Nagasaki também foi por processo de fissão nuclear. O resultado matemático aliado à discussão acerca do potencial destruidor da bomba atômica deve ser encaminhado para a reflexão a respeito da responsabilidade sobre o uso das tecnologias.
Como atividade avaliativa pode ser pedida uma pesquisa sobre os usos pacíficos de isótopos radioativos em nosso cotidiano e as tensões sobre as quais o cenário mundial hoje vive em relação às guerras entre países.
