INTRODUÇÃO
Prof. Dr. João Eduardo Irion
Aposentado da Faculdade de Medicina
Universidade Federal de Santa Maria – RS – BR
Médico Nuclear
do Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria
jirion @terra.com.br
joaoeduirion.blogspot.com.br
"A
única coisa nova no mundo é a história que você não conhece” Harry Truman
A LINHA DO TEMPO
Na linha do tempo da Society of Nuclear Medicine and Molecular Image em
sua home page, http://interactive.snm.org/index.cfm?PageID=1107,
aparecem 100 datas históricas da especialidade entre os anos de 1896 e 2008.
Dentre essas datas, para contar a história da especialidade, selecionei
três momentos que balizam sua evolução. São os seguintes:
1896 – A descoberta da radioatividade;
1934 – A descoberta dos radioisótopos artificiais;
1950 – A invenção do cintilógrafo;
AS FASES
As datas selecionadas geram, por sua vez, três períodos históricos que
graduam a expansão do campo de ação da especialidade e para os quais proponho
as seguintes denominações:
Entre 1896-1934 – Os pródromos da Medicina Nuclear na fase da descoberta
da radioatividade;
1934-1950 – O inicio da Medicina Nuclear com a fase da terapia com
radioisótopos artificiais;
Depois de 1950 – A Medicina Nuclear consolidada ou a fase do diagnostico
funcional, da cintilografia e da terapia com radioisótopos artificiais
OS CENÁRIOS
Para facilitar essa exposição, considero que a história da Medicina
Nuclear desenvolveu-se em três cenários: no primeiro, os acontecimentos
predominam na Europa com início na descoberta da radiação do urânio por
Becquerel e término na produção dos isótopos artificiais pelo casal Irene e
Frederic Joliot. O segundo cenário está nos Estados Unidos, começando com a
invenção do cíclotron até a invenção da câmara de cintilação. O terceiro
cenário é o mundo no qual se difundiu a pesquisa na Medicina Nuclear,
consolidou-se o raciocínio clínico da especialidade e consolidaram-se as
técnicas de terapia com radioisótopos como fontes não seladas.
A ABRANGÊNCIA
Considerando-se o uso dos radioisótopos artificiais é possível se dividir
a história da especialidade em dois períodos. No primeiro período, a terapia
era o alvo principal e tem início com o uso do fósforo 32 e do estrôncio 89. No
segundo período a terapia se amplia, mas o diagnóstico com as avaliações
funcionais e a analise das imagens torna-se o campo de ação mais amplo da
especialidade.
ÁTOMOS E ELEMENTOS
A palavra átomo, significando "indivisível", tem origem no
grego e é formada pelo antepositivo “a” (que significa "não") e o
pós-positivo “tomo” (cujo significado é "cortar"). O primeiro
conceito de átomo surgiu, no passado remoto entre filósofos gregos e indianos
porque o raciocínio indicava a existência obrigatória de um limite para a
divisão da matéria.
No início do século XIX, John Dalton retomou ao conceito de átomo, porém
o fundamentou em métodos científicos oriundos da química, concluindo também
pela existência de um limite na divisão dos elementos. Chega-se, assim, à
convergência do conceito filosófico com o conceito científico de átomo.
A Lei das proporções definidas formulada por Joseph Louis Proust e Lei da
conservação da massa, de autoria de Lavoisier, formaram a base da teoria
atômica de Dalton.
O átomo como unidade indivisível e a Lei das Proporções Múltiplas
permitiram a Dalton calcular as massas atômicas dos elementos, então
existentes, em relação à massa do hidrogênio, tomada como unidade.
CLASSIFICAÇÕES DOS ELEMENTOS
A história sintética da classificação periódica inicia esta exposição,
porque a palavra “isótopo” de uso rotineiro em Medicina Nuclear surgiu em
função dessa tabela. No fim do ano de 1912, Kasimir Fajans assinalou que mais
de um elemento radioativo podia ocupar o mesmo lugar na classificação periódica
e, no fim de 1913, Frederic Soddy concluiu que o mesmo podia ocorrer entre
todos os elementos. Foi assim que Soddy, e para designar tal situação, criou o
termo “isótopo”, para qualificar
elementos com o mesmo número atômico, mas com diferentes pesos atômicos. Em
1928 o químico inglês A.W. Stewart deu
o nome de isóbaros para a espécie de átomos com o mesmo peso atômico, mas com
diferente número atômico. Depois da descoberta dos nêutrons, os conceitos
mudaram e o termo isótopo passou a ser definido como espécies nucleares com
igual número de prótons (identidade química) e “isóbaros”, como espécie de átomos com igual número de prótons acrescida
do numero de nêutrons (identidade atômica). Em 1914, o físico alemão K
Guggenhiemer assinalou a existência de um terceiro tipo de espécie nuclear com
igual número de neutros e deu a esses átomos o nome de isótones.
Para designar cada espécie de núcleo atômico, em 1941, C. Möller criou o
termo “nucleon”. Essa palavra foi
substituída pelo termo “nuclídeo”,
proposto por Truman P. Kohman em 1947. Mais tarde, no conceito de nuclídeo foi
incluído o estado da energia nuclear do núcleo.
A primeira relação de elementos e substâncias classificadas por massa
atômica está incluída no trabalho que Dalton apresentou em 21 de outubro de
1803 à Literary and Philosophical Society de Manchester, com o título “Absorption
of Gases by Water and Other Liquids ”.
Ilustração nº 1 - Relação dos elementos segundo Dalton.
AS TRÍADES, AS TÉTRADES E AS
PÊNTADES
Depois de Dalton, em 1817, ocorreu a tentativa de classificação dos
elementos simples por Johann Nolfgang Döberreiner. Ele verificou que a massa
atômica do estrôncio era a media da massa atômica do cálcio e do bário e
constatou que esses dois últimos elementos tinham propriedades químicas
similares. Em 1929, descobriu fato similar entre lítio, sódio e potássio e
também entre cloro, bromo e iodo. A partir desses dados, Döberreiner formou
grupos de três elementos que chamou de “tríades”.
Elementos e massas
|
Média das massas
|
||
Ca
|
Sr
|
Ba
|
|
40
|
88
|
13
|
(40+137)÷2= 88
|
Li
|
Na
|
K
|
|
7
|
23
|
39
|
(7+39) ÷ = 23
|
Cl
|
Br
|
I
|
|
35
|
80
|
127
|
(255+127) ÷ 81
|
No mesmo ano, Max Von Pottenkofer agrupou elementos com propriedades
químicas semelhantes em grupo de quatro, criando o conceito de tétrades. Em
1857, Jean Baptistes Dumas, comparando propriedades químicas avançou para o
conceito de pêntades.
O PARAFUSO TELÚRICO
O geólogo Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois foi o primeiro a
classificar todos os elementos que eram conhecidos na época em ordem crescente
de massa atômica relativa. Ele apresentou seu trabalho em 1892, antes de Johan
Newland criar a Lei das Oitavas e antes mesmo de Mendeleev criar a
Classificação Periódica.
Ilustração nº 3 - O parafuso telúrico
Chancourtois tomou por referência a massa atômica do oxigênio (16)
e constituiu, na face externa de um cilindro, uma tabela em espiral com ângulo
de 45˚, colocando os elementos por ordem crescente de massa atômica relativa ao oxigênio, de
tal forma, que a cada volta, a massa atômica de cada elemento crescia em múltiplos
de 16. Chancourtois chamou seu diagrama
de “vis tellurique”, “parafuso telúrico” ou “espiral telúrico”, isso porque o elemento telúrio
ocupava o meio do diagrama e o nome do elemento telúrio para um geólogo chama a
atenção porque significa Terra. Chancourtois apresentou seu
trabalho à Academia Francesa de Ciências em 1892, mas os cientistas de língua
francesa e os químicos de outros países não entenderam o diagrama e não lhe
deram o devido valor.
A LEI DAS OITAVAS
Em 1863, Johan Alexander Reina Newlands usou a massa atômica como
critério de classificação e relacionou os sessenta e dois elementos então
conhecidos, em grupos de 8, comparando as sequências obtidas com a escala das
notas musicais. Nessa classificação, as propriedades químicas dos elementos se
repetiam em sequência com intervalos de oito elementos, e Newlands deu à tabela
o nome de Lei das Oitavas.
A classificação não era perfeita e foi ridicularizada pela comparação com
as notas musicais e a tabela não foi aceita. Depois que foi estabelecida a teoria da valência por Gilbert
N. Lewis e a teoria da ligação química por Irving Langmuir, a periodicidade em
oito das propriedades químicas dos elementos foi aceita. Newlands foi o
primeiro pesquisador a chamar atenção para a periodicidade das propriedades dos
elementos e por isso o desagravo veio em 1887, quando Newlands foi condecorado
pela Royal Society of London por sua contribuição à ciência.
Ilustração nº4 - lei das oitavas
A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA
Trabalhando de forma
independente, entre 1869-1870, Dmitri Ivanovich Mendeleev, um siberiano,
desconhecido supervisor d pesos e medidas (Prêmio Nobel de Química de 1905) e,
simultaneamente, Lothar Mayer organizaram tabelas dos elementos então
conhecidos. Mendeleev ordenou os elementos com base nas propriedades químicas e
Mayer o fez com base nas propriedades físicas.
Ao escrever seu livro “Os
Princípios da Química”, Mendeleev colou os elementos em uma linha horizontal e verificou
que aqueles com propriedades químicas similares apareciam de forma regular, de
oito em oito, o que originou o termo “Tabela Periódica” para a classificação.
Mendeleev verificou a necessidade de deixar locais vagos nas colunas verticais,
reservados para elementos ainda não descobertos.
A Tabela criada por Mendeleev era mais perfeita do que a de Mayer porque
previa a existência de elementos ainda desconhecidos, reservava locais para
eles e predizia as respectivas propriedades químicas.
O próprio Mendeleev fez a primeira modificação na tabela para nela
incluir o rádio (usando o símbolo Rd), depois que Marie Curie descobriu esse
elemento. Com o tempo, a Tabela Periódica de Mendeleev foi repetidamente
revista com o preenchimento dos espaços vazios, na medida em que novos
elementos foram descobertos.
Ilustração nº 5 - Classificação Periódica original
Ilustração nº 6 - primeira modificação na Classificação Periódica
A PRIMEIRA MODIFICAÇÃO DA CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA
O meio científico reconheceu o
valor da tabela, mas também identificou alguns problemas relacionados à
classificação com base na massa atômica. Por exemplo, o peso atômico do
argônio, um gás que não reage quimicamente com outros elementos, determinava
sua colocação no mesmo grupo de elementos quimicamente muito ativos como o
lítio e o sódio.
Em 1913, o físico britânico Henry
Moseley descobriu a relação entre linhas espectrais fora da região da luz
visível com um número ordinal inteiro e deu a ele o nome de “número atômico”, valor que mais tarde
foi relacionado com o número de prótons contidos nos núcleos dos átomos. A
partir desse novo conceito, a tabela passou a ser ordenada segundo a carga
elétrica nuclear, isto é, segundo o número de prótons que por sua vez reflete o
número de elétrons de cada elemento. Com esse novo critério, as inconsistências
do existente no arranjo original de Mendeleev desapareceram.
Ilustração n°7 - Classificação periódica com a série dos actinídeos.
A última modificação na tabela ocorreu em 1944 quando Glenn T. Seaborg
(Prêmio Nobel de Química em 1.951) formulou o conceito de actinídeos (ou actinóides)
para encaixar os elementos transurânicos na tabela. O resultado foi a extensão
da Tabela Periódica com a colocação de uma nova série, a série dos actinídeos
(composta pelos elementos de número atômico entre 89 e 103), que foi abaixo da série
dos lantanídeos. Mais tarde, Seaborg propôs a série dos transactinídeos (composta
por elementos de número atômico entre 104 e 121), e a série superactinídeos
(para abranger elementos de numero atômico entre 122 e 153).
CLASSIFICAÇÕES DOS NUCLÍDEOS
A CARTA TRILINEAR DE NUCLÍDEOS
Durante a Segunda Guerra Mundial, apareceu grande número de nuclídeos e
então William H. Sullivan, um químico do Clinton Laboratory, tentou
organizá-los numa carta onde pudessem ser facilmente identificados em
sequência, em função de três parâmetros: o número de neutros, o numero de
prótons e número de massa.
Para conseguir organizar uma carta com três coordenadas, Sullivan decidiu
colocar cada nuclídeo dentro de um hexágono que é uma figura com três eixos,
criando uma carta cuja aparência se assemelha a uma colméia.
Ilustração nº 7 - Classificação Trilinear de nuclideos
Assim, todos os isótopos de um determinado elemento (mesmo número
atômico, Z) figuram em uma linha inclinada em 30º acima da horizontal; todos os
isóbaros (com o mesmo número de massa, A) aparecem numa linha vertical; todos
os isótones (com o mesmo número de nêutrons) ficam numa linha inclinada 30º
abaixo da horizontal; todos os isodiáferos (com números N-Z iguais) ficam numa
linha horizontal.
Ilustração nº 8 esquema da posição dos nuclídeos na
classificação trilinear.
A primeira carta foi publicada em 1949, após dois anos
de trabalho, impressa em 4 cores com 13 tipos de dados, contendo 935 hexágonos
e, quando era desenrolada, media 4,90m de comprimento. A segunda edição, de
1957, tinha 5,20m de comprimento e continha 1.349 hexágonos. Nessa carta, o
termo “espécie de núcleos” foi substituído pelo termo “nuclídeo”. Para manter a
carta de 1957 atualizada, eram vendidos em separados hexágonos de novos
nuclídeos para serem colados à carta. Até 1961, foram lançadas nove edições de
hexágonos coláveis e o número de hexágonos chegou a 1.349 hexágonos, com muitos
isômeros duplos ou triplos. Em 1979, foi publicada pela Mallinckordt uma carta
mais simplificada com 2.250 hexágonos, incluindo 250 para isótopos estáveis e
39 para elementos com meia vida acima de 1 milhão de anos. A edição de 2005,
publicada pela Radiochemistry Society, continha 3.015 hexágonos.
A CARTA DE KARLSRUHE
Em 1947, Truman P. Kohman criou a palavra nuclídeo para designar cada
espécie de núcleo atômico em função do número de prótons acrescido do número de
nêutrons e, mais tarde no conceito de nuclídeo foi incluído o estado da energia
nuclear do núcleo.
Em 1956, no Radiochemistry Institute no Karlsruhe
Nuclear Research Centre (Instituto Radioquímica do Centro de
Investigação Nuclear) da Universidade Técnica de Karlsruhe então dirigido pelo
Professor Walter Seelmann-Eggebert, começou a ser organizada uma carta, não de
elementos, mas de nuclídeos. Essa classificação recebeu o nome de Carta de
Nuclídeos de Karlsruhe. O propósito era dar uma visão estruturada e completa
das propriedades essenciais dos nuclídeos então conhecidos para servir de
ferramenta de ensino durante um Curso sobre Isótopos e Radioquímica. A carta é
essencialmente um gráfico no qual o número de nêutrons está colocado na
abscissa e o número de prótons figura na ordenada. Em cada ponto de intersecção
do número de prótons com o número de nêutrons há uma caixa. Contendo, entre
outros, os dados característicos de cada nuclídeo, incluindo meia-vida, modos
de decaimento, energias das partículas e radiação gama emitidas pelo nuclídeo,
o modo de decaimento..
As caixas são coloridas e
a cor indica o modo de decaimento do nuclídeo. Na tabela abaixo estão as cores
das caixas e que correspondentes às 9 formas de decaimento dos nuclídeos:
próton =
laranja
α = amarelo
β- = azul,
nêutron =
azul claro
particular
pesada (cluster) = violeta
β+ e ε – captura de elétron = ambos em vermelho,
fissão
espontânea = verde
transição
isomérica = branco
Nuclídeos
estáveis = preto.
Quando o nuclídeo tem só uma forma de decaimento, a
caixa tem só uma cor. Quando existe mais de uma forma de decaimento, o fato é
indicado pelas respectivas cores.
Nas várias edições da
Carta, os novos nuclídeos foram incluídos depois que suas meia-vidas ou sua
massas foram medidas ou depois que o nuclídeo foi claramente identificado.
A primeira edição da carta surgiu em 1958 e era de autoria de Walter
Seelmann-Eggebert e Gerda Pfennig do Instituto Radioquímica. Nessa edição,
constavam os 102 elementos conhecidos na época (do hidrogênio ao nobélio), os
267 nuclídeos estáveis e 1.030 nuclídeos instáveis.
A última edição, publicada em 2012, relacionava 116 elementos (do
hidrogênio ao livermório de símbolo Lv), 267 nuclídeos estáveis e 3.847
nuclídeos instáveis.
Entre as duas datas ocorreram: a 2 ª edição em 1961, a 3 ª edição em
1968, a 4 ª edição em 1974, a 5 ª edição em 1981, a 6 ª edição em 1995, a 7 ª
edição em 2006 e a 8 ª edição em 2012.
Hoje, além do ensino, a carta é usada
em física médica, proteção das radiações, física nuclear, radioquímica, Medicina
Nuclear, biologia, agricultura, geologia, astrofísica e outras ciências.
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