Dois anos depois de realizar seu primeiro teste nuclear subterrâneo, a Coreia do Norte retomou, em maio, operações experimentais com armas atômicas. A medida, condenada pela Orga­nização das Nações Unidas (ONU), agravou a tensão na Ásia oriental e provocou o temor de destruição em massa, como a gerada pela bomba que os Estados Uni­dos lançaram sobre o Japão na Se­­gunda Guerra Mundial. Mas por que essas armas são tão potentes? O que ocorre no momento da explosão? As respostas estão na teoria atômica, um dos tópicos da Química Geral e da Físico-Quími­ca.

A bomba atômica utiliza-se das forças que mantêm os núcleons (subpartículas atômicas) do núcleo de um átomo unidos, especificamente os átomos com núcleos instáveis. Para relembrar: o núcleo do átomo é formado fundamentalmente por partículas com carga positiva, os prótons, e partículas neutras, os nêutrons. Em torno do núcleo orbitam os elétrons, que apresentam carga negativa. Se­­gundo o professor de Química Cláudio Elói, dos cursos Acesso e Apo­­­geu, o ideal é que o número de prótons seja igual ao de nêutrons, para que as partículas neutras evitem a repulsão mútua entre as positivas. Quando a razão entre prótons e nêutrons distancia-se muito de 1, o núcleo torna-se instável.

Elói explica que existem na natureza núcleos muito pesados (com grande quantidade de prótons e nêutrons), que apresentam energia de ligação menor que a dos núcleos de massas intermediárias. “Os núcleos mais pesados são me­­nos estáveis que os menos pesados. Quando um nêutron lento penetra num átomo instável e físsil (possível de quebrar), como o urânio, essa energia adicional provoca a fissão do núcleo em dois fragmentos e a emissão espontânea de dois ou mais nêutrons, fenômeno que ocorre em bombas atômicas e reatores nucleares”, descreve.

No caso do urânio-235 (U, em que 92 é o número de prótons e 235 é a soma do número de prótons e nêutrons), usado nas bombas de Hiroshima e Nagasaki, vários produtos primários de fissão podem ser formados, conforme a maneira como o núcleo se fragmenta. Esse processo libera uma quantidade gigantesca de energia, cerca de 8.109 KJ. mol -1. “Se eu bombardear o núcleo desse átomo com um nêutron, ele desestabilizará a estrutura interna nuclear, provocando a repulsão entre os prótons e a quebra do núcleo. A energia que esse processo libera é descomunal. Pou­cos gramas de urânio equivalem a toneladas de dinamite”, compara o professor. Em uma bomba que opera da forma esperada, nêutrons ejetados da fissão podem ocasionar outras fissões, promovendo uma reação em cadeia.

Tanto para o bem quanto para o mal

A radiação nuclear pode ser benéfica ou perigosa, depende de como é usada. De acordo com o professor Cláudio Elói, a diferença entre a energia produzida em reatores nucleares e a energia liberada por uma bomba atômica está na pastilha de urânio. “Os reatores mais antigos usavam urânio metálico. A maioria dos reatores térmicos atuais usa óxido de urânio (UO2), porque ele tem ponto de fusão mais elevado (e, portanto, não volatiliza) e é quimicamente menos reativo, o que evita a formação de produtos indesejáveis. O urânio natural (99,3% de 238U e 0,7% de 235U) poderia ser usado como combustível. Contudo, geralmente o combustível é enriquecido até conter de 2% a 3% de 235U. Um enriquecimento superior a 3% só é efetuado para fins militares, como a fabricação de bombas”, explica.

Quando as forças que mantêm o núcleo unido são empregadas na construção de armas nucleares, as consequências são desastrosas. Nos primeiros segundos após a explosão, a energia térmica liberada reduz instantaneamente a cinzas tudo o que está ao redor. No solo, logo abaixo do local onde o artefato explodiu, a temperatura chega a milhões de graus célsius. Em seguida, o calor provoca um deslocamento violento de massas de ar, com força suficiente para derrubar prédios e casas. Por fim, a explosão nuclear espalha material radioativo, provocando muitas vezes queimaduras e câncer nos sobreviventes.